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Algen sind photosynthetische Organismen, die in einer Vielzahl von Umgebungen leben. Bodenbewohnende Algen können im Labor kultiviert und ihre Konzentration mit einfachen Berechnungen aufgezählt werden.
Algen sind eine sehr heterogene Gruppe von Organismen, die ein gemeinsames Merkmal haben, nämlich den Besitz von photosynthetischen Pigmenten, üblicherweise Chlorophyll. Die überwiegende Mehrheit der Algen ist mikroskopisch klein, die genaue Definition der Gruppe ist jedoch umstritten und umfasst auch Algen, die typischerweise makroskopisch sind.
In der Umwelt können Algen in Oberflächengewässern wie Seen oder Stauseen Probleme verursachen, indem sie Algenblüten bilden, die die Nährstoffe des Wassers erschöpfen, das Licht blockieren, das über die Wasseroberfläche hinausgeht, und Giftstoffe freisetzen. Die Möglichkeit, Algen in Proben zu zählen, ermöglicht es Wissenschaftlern, die Gesundheit eines Ökosystems und das potenzielle Risiko einer Algenüberwucherung zu bewerten.
Algenpopulationen in Böden kommen häufig bei etwa zehntausend Zellen pro Gramm vor. Diese Zahlen sind in der Regel niedriger als die entsprechenden Konzentrationen von Bakterien, Pilzen oder Actinomyceten, da Algen Sonnenlicht für die Photosynthese benötigen, das nicht weit unter die Bodenoberfläche eindringen kann.
In diesem Video wird veranschaulicht, wie Algen aus dem Boden im Labor kultiviert werden und wie die Algenkonzentration in der Ausgangsbodenprobe aufgezählt wird.
Algen haben positive Auswirkungen auf Ökosysteme. Blaualgen oder Cyanobakterien haben die Fähigkeit, Stickstoffgas aus der Atmosphäre zu binden, was sie zur Erhöhung des Bodenstickstoffs in semiariden Umgebungen und auch als potenzielles Werkzeug für die Produktion von Biokraftstoffen nützlich macht.
Andere Algen sind eukaryotisch und reichen von einzelligen bis hin zu komplexen mehrzelligen Organismen wie Algen. Dazu gehören Grünalgen, Euglenoide, Dinoflagellaten und Kieselalgen, Braunalgen und Rotalgen.
Algen sind phototroph und gewinnen Energie aus der Photosynthese und Kohlenstoff für Biomasse aus Kohlendioxid. Dadurch können sie in Medien angebaut werden, die vollständig aus anorganischen Nährstoffen bestehen, ohne dass ein organisches Kohlenstoffsubstrat zugesetzt wird. Dieser Mangel an organischem Substrat verhindert das Wachstum heterotropher Bakterien, die für ihr Wachstum auf externen organischen Kohlenstoff angewiesen sind.
Um Algen für die Zählung zu kultivieren, werden Bodenproben seriell zehnfach auf 10-6 g Erde pro ml verdünnt und in Wachstumsmedien kultiviert. Für jede Verdünnung werden mehrere Replikate hergestellt. Sie werden dann bis zu 4 Wochen lang an einem gut beleuchteten Ort inkubiert, um das Algenwachstum zu ermöglichen.
Das Vorhandensein von Algen in einer Verdünnung wird durch ein positives Zeichen des Wachstums des Mediums bestimmt, das typischerweise als grüner Schleim erscheint. Abschließend werden empirisch entwickelte MPN-Tabellen für das Algenwachstum herangezogen, die es dem Anwender ermöglichen, die ursprüngliche Algenkonzentration anhand des Wachstums der Verdünnungsreplikate zu bestimmen. Die MPN-Methode beruht auf der seriellen Verdünnung von Proben, so dass die Algen bis zum Aussterben verdünnt werden, was bedeutet, dass bei einer gewissen Verdünnung kein Algenwachstum mehr stattfindet.
Nachdem wir nun mit den Konzepten vertraut sind, die hinter der Züchtung und Zählung von Algen aus Proben stehen, werfen wir einen Blick darauf, wie dies im Labor durchgeführt wird.
Um das Experiment zu beginnen, wiegen Sie zunächst 10 Gramm feuchte Erde ab, die entweder feucht vom Feld gesammelt oder rehydriert wurde und 2 bis 3 Tage lang feucht blieb. Der Boden sollte, aber nicht gesättigt sein.
Bereiten Sie als Nächstes eine zehnfache Verdünnungsreihe vor, indem Sie die 10 Gramm Erde zuerst zu 95 ml modifizierter Bristol-Lösung oder MBS hinzufügen. Beschriften Sie dies als Suspension A.
Nach kräftigem Schütteln setzen Sie die Verdünnungsreihe fort, indem Sie 1 mL Suspension A zu 9 mL MBS in ein Reagenzglas geben. Setzen Sie diese zehnfache Verdünnungsreihe weitere 4 Mal fort, um Verdünnungen von bis zu 10-6 g pro ml zu erhalten.
Als nächstes inokulieren Sie 5 Replikatröhrchen, die jeweils 9 ml MBS enthalten, mit je 1 ml der Verdünnungen 10-1 bis 10-5. Daraus ergeben sich 5 Replikationsröhrchen für jede Verdünnung von 10-2 bis 10-6. Verschließen Sie die Röhrchen locker.
Inkubieren Sie die Röhrchen schließlich für volle 4 Wochen an einem Ort, der dem Sonnenlicht ausgesetzt ist. Beobachten Sie die Röhren alle 7 Tage auf Algenwachstum. Röhren, die Algenwachstum aufweisen, erscheinen grün.
Die MPN-Analyse (Most Probable Number) ist eine häufig verwendete mathematische Methode zur Zählung von Mikroorganismen, die aus der Verdünnung eines konzentrierten Ausgangssubstrats gezüchtet wurden. Unter Berücksichtigung der Verdünnungsfaktoren der Lösungen und der Anzahl der Röhrchen, die bei jeder Verdünnung positive Anzeichen des Wachstums zeigen, kann die wahrscheinlichste Anzahl von Organismen pro Gramm ursprünglicher Bodenprobe unter Verwendung einer MPN-Tabelle und einer einfachen Formel berechnet werden.
Zur Berechnung der MPN wird der höchsten Verdünnung mit der höchsten Anzahl positiver Replikatröhrchen die Markierung p1 zugewiesen, in diesem Fall die Repliken von Röhrchen C. Im Gegensatz dazu sind einige der Röhren von D & E negativ und es gibt keine Anzeichen von Algenwachstum.
Die Anzahl der Röhrchen in den nächsten beiden höheren Verdünnungen, die ein positives Wachstum zeigen, wird als p2 und p3 bezeichnet. Hier ist p2 = D und p3 = E.
Der Wert für p1 kann gefunden werden, indem man in der MPN-Tabelle nach unten schaut. Das Gleiche sollte mit der Spalte p2 gemacht werden. Schließlich wird der Wert von p3 oben verwendet, um die beiden durch p1 und p2 definierten zu schneiden, um einen Wert für die wahrscheinlichste Anzahl von Organismen pro ml zu erhalten.
Um die Konzentration von Organismen pro Gramm in der ursprünglichen Bodenprobe zu berechnen, wird dieser Wert durch die Konzentration des Bodens in der Verdünnung dividiert, der p2 zugeordnet wurde. Die folgende Gleichung wird verwendet, um die tatsächliche Anzahl der Organismen pro Gramm Boden zu definieren.
Die Algenzählung und die MPN-Analyse haben ein breites Anwendungsspektrum, von denen einige hier untersucht werden.
Diese Kultivierungsmethode der Algenzählung kann in einer Vielzahl von Umgebungen eingesetzt werden. Es kann auf Flüsse oder Seen angewendet werden, um den Algengehalt zu bestimmen und die Risiken schädlicher Algenblüten zu bewerten. Alternativ kann es verwendet werden, um die Sauberkeit und Sicherheit von Gewässern zu bewerten, die direkter vom Menschen genutzt werden, einschließlich Schwimmbädern, Wasserbrunnen oder anderen Trinkwasserquellen. Im Idealfall sind in Trinkwasserproben und Schwimmbädern keine Algen vorhanden.
Die MPN-Analyse zur Zählung kann auch auf andere nicht-algale Mikroorganismen angewendet werden. So kann beispielsweise die Wasserqualität anhand von Indikatororganismen wie Coliformen oder E. coli beurteilt werden. Hier können Proben mit Medien kultiviert werden, die Chemikalien enthalten, die so verändert werden, dass sie in Gegenwart der Indikatororganismen Farbe oder Fluoreszenz erzeugen. Durch die Durchführung mehrerer kleiner Repliken dieses Experiments in einzelnen Zellen, wobei die Proben auf eine bekannte Konzentration verdünnt wurden, kann das Verhältnis der positiven Zellen auf eine MPN-Tabelle für den spezifischen Indikatororganismus bezogen und die Ausgangskonzentration in den Proben bestimmt werden.
Algen können auch für kommerzielle Anwendungen kultiviert werden. Einige Arten von Biodünger verwenden beispielsweise Blaualgen, die als Symbionten mit Pflanzen fungieren und deren Fixierung und Aufnahme von Stickstoff unterstützen können, was besonders nützlich ist, um das Pflanzenwachstum in Gebieten mit schlechten Böden zu unterstützen. In ähnlicher Weise können Algen für Biokraftstoffe oder als Quelle für nährstoffreiche Nahrung für Nutztiere angebaut werden.
Sie haben gerade die Einführung von JoVE in die Algenkultur und -zählung gesehen. Sie sollten jetzt verstehen, wie man Bodenproben für Algenwachstum verdünnt, wie man Algen im Labor kultiviert und wie man die Algenkonzentration seiner Ausgangsproben aufzählt. Danke fürs Zuschauen!
