为什么甘油能保菌？

张明 2025-04-29

菌种保藏为微生物学研究之基石，甘油作为经典冷冻保护剂，凭借其高效、安全和便捷性得以广泛应用。甘油具高吸湿性，可吸收大量水分，于细胞周围形成水合膜，有效减小细胞内外渗透压差异，从而降低冷冻过程中细胞因脱水而受损的风险。

甘油在细胞低温保存中发挥着关键作用，其显著降低水冰点的特性有助于保护细胞。甘油与水混合后形成的溶液冰点降低，从而减少低温环境下冰晶的形成。由于冰晶易刺破细胞膜导致细胞损伤，甘油通过抑制冰晶生成，有效减少细胞因机械损伤而死亡的可能性，从而提高细胞的存活率。

甘油具有较高的黏度，这种黏性能在细胞周围形成一层保护层，减少细胞在冷冻和解冻过程中的机械损伤。 高黏度的甘油溶液能够稳定细胞膜的结构，防止细胞膜在低温下发生相变或破裂。

甘油的化学性质较为惰性，不会与细胞内的生物大分子发生不良反应。这种化学惰性使得甘油能够在细胞内形成保护层，而不会干扰细胞的正常生理功能。

甘油对细胞的保护机制

甘油能够渗透到细胞内部，与细胞内的生物大分子相互作用，形成保护层。这种保护层能够减少细胞内外的渗透压差异，防止细胞在冷冻过程中因渗透压变化而发生过度脱水或膨胀。此外，甘油还能稳定细胞膜的结构，防止细胞膜在低温下发生相变或破裂。

在低温条件下，甘油能够进一步抑制细胞的代谢活动。甘油通过降低细胞内的水分活度，使得细胞内的酶活性几乎完全停止。 这种代谢抑制状态使得细胞进入一种类似“休眠”的状态，减少了细胞内的能量消耗，从而延长细胞的保存时间。

甘油在一定程度上可以减少低温保存过程中产生的氧化应激。低温条件下，细胞内的氧化反应可能会导致自由基的产生，这些自由基会损伤细胞内的生物大分子，如DNA、蛋白质和脂质。甘油可以通过与自由基发生反应，中和自由基的活性，从而减少氧化损伤。

甘油对细胞的保护机制

主要包括渗透保护、结构稳定、代谢抑制和抗氧化应激等方面。

甘油能够渗透至细胞内，通过与生物大分子相互作用形成保护层，以缓解渗透压变化并稳定细胞膜结构。同时，甘油降低细胞水分活度，抑制代谢活动，使细胞进入“休眠”状态，减少能量消耗。此外，甘油还可中和低温条件下产生的自由基，降低氧化应激，从而延长细胞保存时间。

其他油的特性及局限性

除甘油外，其他油类在细胞低温保存中存在显著局限性。植物油因分子结构较大，渗透性差，且低温易凝固，增加了细胞受损风险。矿物油则因疏水性及无法与细胞内生物分子有效相互作用等特性，不能形成有效保护层，难以缓解渗透压差异，故不适用于细胞低温保护。

甘油保菌是一种常用的微生物菌种保藏方法，主要用于中长期保存菌种，保藏时间通常可达1年以上。 其核心原理是利用甘油的特性，在低温条件下抑制微生物的新陈代谢，使其进入休眠状态，从而实现长期保存。

操作步骤

配制甘油溶液： 通常将甘油与生理盐水按1:1的比例混合，配制成50%的甘油溶液，然后进行高压灭菌处理。
菌液制备：将待保存的菌种纯化后，接种于合适的液体培养基中进行增菌培养。
混合与保存：将新鲜培养的菌液与50%甘油溶液按1:1的比例混合，使甘油的终浓度在20%-30%之间。将混合后的菌液分装于灭菌后的冻存管中，迅速放入-80℃冰箱或液氮中进行长期冻存。