构建温诺格拉茨基柱：富集沉积物样品中微生物物种的一种方法

1. 准备工作

1. 设置一个温诺格拉基柱（Winogradsky column）需要一些基本材料：
   • 铁锹、桶和瓶子，用于在野外采集样品
   • 一个垂直的透明容器，例如约1L的量筒或塑料水瓶
   • 塑料保鲜膜和橡皮筋
   • 大号混合碗和大勺用于搅拌
   • 硫源（蛋黄或硫酸钙）
   • 有机碳源（以碎报纸形式提供的纤维素）
   • 光源（阳光充足的窗台或台灯）
   • 从沼泽、湿地、池塘或溪流中采集的土壤或泥样
   • 来自同一生境的水
   • 可选：以下材料适用于本实验方案中描述的某些可选实验：
     • 食盐
     • 不同颜色的玻璃纸
     • 铁源（如铁钉或钢丝绒）
     • 带光源的冰箱
     • 靠近光源的暖气片
2. 如果使用塑料水瓶，需剪掉瓶口部分，使柱体呈圆柱形。移除所有标签，以确保光线可穿透塑料瓶壁。
3. 生鸡蛋可能含有沙门氏菌（Salmonella），应小心处理，并严格遵守正确的洗手方法。也可使用煮熟的鸡蛋替代。此外，无法完全确定泥样或沉积物是否被污水或其他有害物质污染，因此在混合泥样和组装柱体时应佩戴手套。

2. 组装一个温克尔曼柱

1. 使用铲子从水边挖掘并收集淤泥至桶中。所采集的沉积物应靠近水边，并完全被水饱和。所需淤泥量应足以填满每个 Winogradsky 柱。同时从同一水源采集部分水样至样品瓶中（每根柱子约需 3000 mL）。
2. 在实验室中，将足量淤泥转移至第一个混合碗中，以填满 1 升体积柱的约 75%。随后用勺子挑出大石块、小树枝或树叶，并打散结块。
3. 一边搅拌，一边向混合碗中加入部分采集的水，直至水和淤泥的混合物呈奶昔状。持续搅拌以确保无结块残留。
4. 将约三分之一的水-泥奶昔混合物转移至第二个碗中，加入蛋黄和一把撕碎的报纸，充分混合。
5. 将泥、蛋黄和报纸的混合物加入柱子中，直至柱子约填充至 1/4 处。
6. 将普通水-泥混合物加入柱子中，直至柱子约填充至 3/4 处。
7. 向柱子中补充额外的水，仅在顶部留出少量空间（约 ½ 英寸）的空气。
8. 用塑料薄膜覆盖柱子，并用橡皮筋固定密封。
9. 将柱子置于室温光照条件下培养。
10. 在接下来的 4 至 8 周内，观察 Winogradsky 柱中不同颜色层的形成以及气泡的产生情况（见表 1）。同时，应记录各色层出现所需的时间。

3. 对经典维诺格拉茨基柱的可选改进

1. 在加入水并搅拌之前（步骤 2.3），向收集的泥样中每 1L 加入 25–50g 盐。添加盐可筛选嗜盐（喜盐）细菌。
2. 可将其他底物（如铁，以铁钉或钢丝绒形式）与蛋黄和碎报纸一同加入柱中（步骤 2.4）。这将富集铁氧化细菌（如 Gallionella），并形成锈色层。
3. 柱体培养时（步骤 2.9），可不采用室温，而将其置于散热器附近以筛选嗜热（喜热）细菌，或置于带有光源的冰箱中以筛选嗜冷（喜冷）细菌。
4. 在培养过程中（步骤 2.9），可通过将不同柱体置于强光、弱光或黑暗环境中，调节其接受的光照强度。
5. 在培养过程中（步骤 2.9），可用不同颜色的玻璃纸覆盖柱体，以限制入射光的波长，从而确定哪些颜色可筛选出不同的细菌类群。

4. 数据分析

1. 经过1至3周后，经典温诺格拉斯基柱泥层表面应可见一些绿色着色（图2A）。这是蓝细菌层开始生长的最初迹象。
2. 随着时间推移，持续观察各层的外观及其演化过程，每一层均指示不同类型的细菌。提示：参考“原理”部分及表1，了解哪些细菌参与形成不同层次。

图 2A： 一个经典的 Winogradsky 柱在室温下培养 21 天后的照片。注意柱体上部呈绿色的沉积物，表明存在蓝细菌。

3. 如果还制备了对经典 Winogradsky 柱的修改版本，比较每个柱子的结果。
   1. 观察每个修改后的 Winogradsky 柱中的分层情况。注意以下几点：
      • 各柱子的层数是否相同？
      • 各层的颜色和厚度是否一致？
      • 各层出现的深度是否相同？
      • 每个柱子发育所需的时间有多长？
      • 是否有某个柱子的发育速度比其他柱子更慢？