平板菌落计数与 CFU/mL 换算(可计数范围 / ISO 加权平均 / 泊松误差)
数完菌落换算成 CFU/mL,算式本身只有一步:
CFU/mL = 菌落数 × 稀释倍数 ÷ 涂布体积 (mL)
涂 100 µL 就是除以 0.1,也就是乘 10——漏掉这一步结果差整整一个数量级, 而且算出来的量级看着仍然“像那么回事”。但比这一步更值得说清楚的是另外三件事。
一、可计数范围不是规矩,是统计
常见的说法是「只数 25–250 或 30–300 的板」。这不是谁定的规矩,是泊松分布的结果:
数 n 个菌落,相对标准差就是 1/√n。
| 数到的菌落数 | 相对标准差 |
|---|---|
| 10 | ±32% |
| 30 | ±18% |
| 100 | ±10% |
| 250 | ±6.3% |
| 1000 | ±3.2% |
下限是这么来的——数 10 个菌落,光是随机涨落就有三成误差,再精确的移液也救不回来, 因为这个误差不来自你的操作,来自计数本身。
上限则是另一个原因:菌落多了会互相挤压、并成一片,看起来是一个其实是好几个, 于是系统性低估,而且越密漏得越多。所以「板上长满了,估一个数」是最糟的做法—— 它同时踩了「超出线性范围」和「用估的数当测量值」两个坑。正确做法是重做一块铺得更稀的。
二、多个稀释度都可数时,要加权平均
如果 10⁻² 和 10⁻³ 两个稀释度的板都落在可计数范围内,别随便挑一个—— 两个都带信息,扔掉一个等于浪费了一半数据。ISO 4833-1 给的公式是:
N = ΣC ÷ [ V × (n₁ + 0.1 × n₂) × d ]
ΣC:所有参与计算的板上菌落数之和n₁:最低被采纳稀释度的板数n₂:次一级(高一个数量级)稀释度的板数d:最低被采纳的稀释度(分数形式,稀释 100 倍就是 0.01)—— 注意本工具的表单填的是倍数(100),内部会取倒数换成 d,两者互为倒数,弄反会差 100 倍V:每板涂布体积(mL)
那个 0.1 不是经验系数,就是稀释倍数之比——高一级稀释度的板,每个菌落代表的
原液体积是低一级的十分之一,所以它在加权里只算 0.1 个板的份量。
本工具自动判断哪些板可数、按这个公式算,并把参与计算的板列出来。
三、CFU 不是细胞数
菌落形成单位(colony-forming unit)数的是长出了菌落的那些单元。 成串的链球菌、抱团的葡萄球菌、黏在一起的两个细胞——都只长出一个菌落。 所以 CFU 系统性低于真实细胞数,低多少取决于这株菌爱不爱抱团、涡旋打散得够不够。
这也是平板计数和 OD 换算经常对不上的原因之一:OD 数的是所有挡光的颗粒 (活的死的都算),CFU 只数活的且能长成单菌落的。两者在对数期接近, 进入稳定期后会越差越多。报告时写清用的是哪一种。
数据出处
加权平均公式来自 ISO 4833-1:2013(食品链微生物学,30 °C 倾注平板菌落计数), 可计数范围的两套常见取值分别见该标准与 FDA BAM 第 3 章(需氧菌平板计数)。 不同标准的取值本就不一致(25–250 与 30–300 都在用),本工具把上下限做成 可改的输入,默认取 25–250;以你所在领域采用的标准为准。
泊松相对标准差 1/√n 是分布本身的性质,不依赖任何标准。
相关工具
感受态转化效率(同样要折算铺板比例)见 转化效率计算; 由 OD₆₀₀ 估菌液浓度见 OD₆₀₀ 换算; 梯度稀释怎么配见 稀释计算器; 倍增时间见 倍增时间计算。
常见问题
为什么只能数 25–250(或 30–300)个菌落的板?
下限是统计决定的:数 n 个菌落,泊松分布下相对标准差就是 1/√n——数 10 个是 ±32%,数 30 个是 ±18%。这个误差**不来自你的操作,来自计数本身**,移液再准也救不回来。上限是另一个原因:菌落太密会互相挤压、并成一片,看起来一个其实好几个,于是系统性低估,越密漏得越多。两套取值(25–250 与 30–300)分别来自不同标准,本工具做成可改的输入。
板上长满了数不清,能不能估一个数?
不能。估出来的不是测量值,而且必然偏低——密集时菌落已经并成片了。正确做法是重做一块铺得更稀的,或者把菌液再稀释一个梯度重铺。如果样品珍贵不能重做,就只能报成「大于某个值」,而不是给一个具体数字。
两个稀释度的板都在可计数范围,该用哪个?
都用。ISO 4833-1 的做法是加权平均:N = ΣC ÷ [V × (n₁ + 0.1 × n₂) × d],其中 n₁ 是最低被采纳稀释度的板数,n₂ 是高一级的板数,d 是最低被采纳的稀释度。那个 0.1 不是经验系数,就是稀释倍数之比——高一级的板上每个菌落代表的原液体积只有十分之一,所以在加权里只算 0.1 份。随便挑一个等于扔掉一半数据。
涂布 100 µL 和涂布 1 mL,算法一样吗?
算式一样,但除的数不同:CFU/mL = 菌落数 ÷ (稀释倍数 × 涂布体积 mL)。涂 100 µL 就是除以 0.1,相当于**乘 10**。漏掉这一步结果差整整一个数量级,而算出来的量级看着仍然合理,只有跨批次比较时才会暴露。本工具在涂布体积不是 1 mL 时会专门把这个倍数写出来。
CFU 和细胞数是一回事吗?
不是,而且差的方向是固定的。菌落形成单位数的是「长出了菌落的单元」——成串的链球菌、抱团的葡萄球菌、黏在一起的两个细胞,都只长出一个菌落。所以 **CFU 系统性低于真实细胞数**,低多少取决于这株菌爱不爱抱团、打散得够不够。这也是平板计数和 OD₆₀₀ 换算经常对不上的原因之一:OD 连死细胞和碎片一起数。
怎么降低计数误差?
唯一的办法是**数到更多的菌落**——要么每个稀释度多铺几块板,要么选菌落数更多(但仍在可计数范围内)的那一级。相对标准差是 1/√ΣC,ΣC 是所有参与计算的板上菌落数之和,所以铺三块 200 个的板(ΣC=600,±4.1%)比铺一块好得多。把移液器校准得再准也动不了这个数,它根本不是移液误差。
稀释度写 100 还是 1e-2?
本工具的「稀释倍数」填**倍数**,也就是 100 表示稀释 100 倍(即 10⁻²)。写 1e2 也认。这样填的好处是和稀释操作本身对得上——你做的是「取 1 份加 99 份」,想的是「稀释 100 倍」,不用在填表时再换算一次指数。