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Le alghe sono organismi fotosintetici che vivono in una varietà di ambienti. Le alghe che vivono nel suolo possono essere coltivate in laboratorio e la loro concentrazione può essere enumerata utilizzando semplici calcoli.
Le alghe sono un gruppo altamente eterogeneo di organismi che hanno un tratto comune, ovvero il possesso di pigmenti fotosintetici, comunemente clorofilla. La stragrande maggioranza delle alghe sono microscopiche, tuttavia, la definizione esatta del gruppo è controversa e include anche le alghe, che sono tipicamente macroscopiche.
Nell'ambiente, le alghe possono causare problemi nelle acque superficiali come laghi o bacini idrici, formando fioriture algali che esauriscono i nutrienti dell'acqua, bloccando il passaggio della luce oltre la superficie dell'acqua e rilasciando tossine. La capacità di enumerare le alghe nei campioni consente agli scienziati di valutare la salute di un ecosistema e il potenziale rischio di crescita eccessiva delle alghe.
Le popolazioni di alghe nei suoli si verificano spesso a circa diecimila cellule per grammo. Questi numeri sono in genere inferiori alle corrispondenti concentrazioni di batteri, funghi o attinomiceti, poiché le alghe richiedono la luce solare per la fotosintesi, che non può penetrare molto al di sotto della superficie del suolo.
Questo video illustrerà come coltivare le alghe dal suolo in laboratorio e come enumerare la concentrazione di alghe nel campione di terreno di partenza.
Le alghe hanno effetti benefici sugli ecosistemi. Le alghe blu-verdi, o cianobatteri, hanno la capacità di fissare l'azoto gassoso dall'atmosfera, rendendole utili per aumentare l'azoto del suolo in ambienti semi-aridi e anche come potenziale strumento per la produzione di biocarburanti.
Altre alghe sono eucariotiche e vanno da organismi unicellulari a organismi multicellulari complessi, come le alghe. Questi includono alghe verdi, euglenoidi, dinoflagellati e diatomee, alghe brune e alghe rosse.
Le alghe sono fototrofiche, ottengono energia dalla fotosintesi e carbonio per la biomassa dall'anidride carbonica. Di conseguenza, possono essere coltivate in terreni costituiti interamente da nutrienti inorganici, senza l'aggiunta di un substrato di carbonio organico. Questa mancanza di substrato organico impedisce la crescita di batteri eterotrofi, che dipendono dal carbonio organico esterno per la crescita.
Per allevare le alghe per l'enumerazione, i campioni di terreno vengono diluiti in serie dieci volte a 10-6 g di terreno per ml e coltivati in terreni di crescita. Per ogni diluizione vengono effettuate diverse repliche. Vengono quindi incubati in un'area ben illuminata per un massimo di 4 settimane per consentire la crescita delle alghe.
La presenza di alghe in qualsiasi diluizione è determinata da un segno positivo di crescita nel substrato, che apparirà tipicamente come una melma verde. Infine, vengono consultate le tabelle MPN sviluppate empiricamente progettate per la crescita algale, consentendo all'utente di determinare la concentrazione algale originale in base alla crescita in repliche di diluizione. Il metodo MPN si basa sulla diluizione seriale di campioni in modo tale che le alghe siano diluite fino all'estinzione, il che significa che a una certa diluizione non ne consegue alcuna crescita algale.
Ora che abbiamo familiarità con i concetti alla base della coltivazione e dell'enumerazione delle alghe dai campioni, diamo un'occhiata a come questo viene eseguito in laboratorio.
Per iniziare l'esperimento, prima pesare 10 grammi di terreno umido che è stato raccolto umido dal campo o è stato reidratato ed è rimasto umido per 2 o 3 giorni. Il terreno dovrebbe, ma non saturo.
Successivamente, preparare una serie di diluizioni dieci volte aggiungendo prima i 10 grammi di terreno a 95 ml di soluzione di Bristol modificata, o MBS. Etichettare questa come sospensione A.
Dopo aver agitato energicamente, continuare la serie di diluizioni aggiungendo 1 mL di sospensione A a 9 mL di MBS in una provetta. Continuare questa serie di diluizioni dieci volte per altre 4 volte per ottenere diluizioni fino a 10-6 g per mL.
Quindi, inoculare 5 provette replicate, ciascuna contenente 9 mL di MBS con 1 mL di ciascuna delle diluizioni da 10-1 a 10-5. Ciò si traduce in 5 provette replicate per ogni diluizione da 10-2 a 10-6. Tappare i tubi senza stringere.
Infine, incubare le provette per 4 settimane intere in un'area esposta alla luce solare. Osservare i tubi per la crescita delle alghe una volta ogni 7 giorni. I tubi che mostrano la crescita delle alghe appariranno verdi.
L'analisi del numero più probabile, o MPN, è un metodo matematico comunemente usato per enumerare i microrganismi cresciuti dalla diluizione di un substrato iniziale concentrato. Tenendo conto dei fattori di diluizione delle soluzioni e del numero di provette che mostrano segni positivi di crescita ad ogni diluizione, il numero più probabile di organismi per grammo di campione originale di terreno può essere calcolato utilizzando una tabella MPN e una formula semplice.
Per calcolare l'MPN, alla diluizione più alta con il maggior numero di provette replicate positive viene assegnata l'etichetta di p1, in questo caso, le repliche della provetta C. Al contrario, alcuni dei tubi di D & E sono negativi e non presentano segni di crescita algale.
Il numero di provette nelle successive due diluizioni più elevate che mostrano una crescita positiva è etichettato come p2 e p3. Qui, p2 = D e p3 = E.
Il valore di p1 può essere trovato guardando verso il basso la prima colonna della tabella MPN. Lo stesso dovrebbe essere fatto con la colonna p2. Infine, il valore di p3, nella parte superiore, viene utilizzato per intersecare i due definiti da p1 e p2, per dare un valore del numero più probabile di organismi per mL.
Successivamente, per calcolare la concentrazione di organismi per grammo nel campione di terreno originale, questo valore viene diviso per la concentrazione di suolo nella diluizione a cui è stato assegnato p2. La seguente equazione viene utilizzata per definire il numero effettivo di organismi per grammo di suolo.
L'enumerazione delle alghe e l'analisi delle MPN hanno un'ampia gamma di applicazioni, alcune delle quali sono esplorate qui.
Questo metodo di coltura dell'enumerazione delle alghe può essere utilizzato in una varietà di contesti. Può essere applicato a fiumi o laghi per determinare i livelli algali e valutare i rischi di fioriture algali dannose. In alternativa, può essere utilizzato per valutare la pulizia e la sicurezza delle acque più direttamente utilizzate dall'uomo, comprese piscine, fontane d'acqua o altre fonti di acqua potabile. Idealmente, nei campioni di acqua potabile e nelle piscine, non sono presenti alghe.
L'analisi MPN per l'enumerazione può essere applicata anche ad altri microrganismi non algali. Ad esempio, la qualità dell'acqua può essere valutata utilizzando organismi indicatori come coliformi o E. coli. Qui, i campioni possono essere coltivati con terreni contenenti sostanze chimiche che vengono alterate per produrre colore o fluorescenza in presenza degli organismi indicatori. Eseguendo più piccole repliche di questo esperimento in singole cellule, con campioni diluiti a una concentrazione nota, il rapporto tra le cellule positive può essere riferito a una tabella MPN per l'organismo indicatore specifico e la concentrazione iniziale nei campioni determinata.
Le alghe possono anche essere coltivate per applicazioni commerciali. Ad esempio, alcuni tipi di biofertilizzanti utilizzano alghe blu-verdi, che possono agire come simbionti con le piante, aiutandone l'impianto e l'assorbimento dell'azoto, che è particolarmente utile per aiutare la crescita delle colture in aree con terreno povero. Allo stesso modo, le alghe possono essere coltivate per i biocarburanti o come fonte di cibo ricco di sostanze nutritive per il bestiame.
Hai appena visto l'introduzione di JoVE alla coltura e all'enumerazione delle alghe. A questo punto dovresti capire come diluire i campioni di terreno per la crescita delle alghe, come coltivare le alghe in laboratorio e come enumerare la concentrazione algale dei tuoi campioni iniziali. Grazie per l'attenzione!
