Name: winogradsky column microbial layers and gradients
Uploaded: 2023-04-30T07:09:27.000Z
Duration: 8 min 8 s
Channel: JoVE

1. Kurulum
<ol>
	<li>Bir Winogradsky sütunu oluşturmak için bazı temel malzemelere ihtiyacınız olacak:
	<ul>
		<li>Tarladaki örnekleri toplamak için bir kürek, kova ve şişe</li>
		<li>Yaklaşık 1 L</li>'lik dereceli silindir veya plastik su şişesi gibi dikey, şeffaf bir kap
		<li>Streç film ve lastik bantlar</li>
		<li> büyük karıştırma kapları ve karıştırmak için büyük kaşık</li>
		<li>Bir kükürt kaynağı (yumurta sarısı veya kalsiyum sülfat)</li>
		<li>Bir organik karbon kaynağı (selüloz, kıyılmış gazete şeklinde)</li>
		<li>Bir ışık kaynağı (güneşli pencere veya masa lambası)</li>
		<li>Bataklık, sulak alan, gölet veya dereden toplanan toprak veya çamur</li>
		<li>Aynı habitattan gelen su</li>
		<li>İSTEĞE BAĞLI Bu protokolde açıklanan isteğe bağlı deneylerden bazıları için aşağıdakiler gerekli olacaktır:
		<ul>
			<li>Sofra tuzu</li>
			<li>Farklı renkli selofan</li>
			<li>Bir demir kaynağı (çivi veya çelik yünü gibi)</li>
			<li>Işık kaynağı olan bir buzdolabı</li>
			<li>Bir ışık kaynağının yakınındaki radyatör</li>
		</ul>
		</li>
	</ul>
	</li>
	<li>Plastik bir su şişesi kullanıyorsanız, kolonun silindirik şekilli olması için boyun bölgesini kesin. Işığın plastikten geçebilmesi için tüm ambalajları çıkarın. </li>
	<li>Çiğ yumurtalar Salmonella içerebilir ve dikkatli kullanılmalıdır. Uygun el yıkama teknikleri izlenmelidir. Alternatif olarak haşlanmış yumurta da kullanılabilir. Ek olarak, çamur veya tortunun kanalizasyon veya diğer zararlı maddelerle kirlenip kirlenmediğini kesin olarak bilmenin bir yolu yoktur. Çamuru karıştırırken ve kolonu kurarken eldiven kullanılmalıdır. </li>
</ol>
2. Winogradsky Sütununun Montajı
<ol>
	<li>Küreği kullanarak kazın ve kovaya çamur toplayın. Çökeltiler su kenarına yakın olmalı ve tamamen suya doymuş olmalıdır. Her Winogradsky sütununu doldurmak için yeterli çamura ihtiyacınız olacak. Aynı kaynaktan numune şişesine bir miktar su toplayın (sütun başına yaklaşık 3000 mL gereklidir). </li>
	<li>Laboratuvarda, 1 litrelik hacimli sütununuzun ~u'ini dolduracak kadar çamuru ilk karıştırma kabına aktarın. Ardından, kümeleri ayırmak için kaşığı kullanırken büyük kayaları, dalları veya yaprakları çıkarmak için eleyin. </li>
	<li>Karıştırırken topladığınız suyun bir kısmını karıştırma kabına ekleyin. Su-çamur karışımının kıvamı milkshake gibi olana kadar ekleyin. Topaklanma olmadığından emin olmaya devam edin. </li>
	<li>Su-çamurlu milkshake'in yaklaşık 1/3'ünü ikinci kaseye aktarın. Yumurta sarısını ve bir avuç rendelenmiş gazeteyi ekleyip karıştırın. </li>
	<li>Çamur, yumurta sarısı ve gazete karışımını sütun yaklaşık 1/4 oranında dolana kadar sütuna ekleyin. </li>
	<li>Normal su-çamur karışımını, sütun yaklaşık 3/4 oranında dolana kadar sütuna ekleyin. </li>
	<li>Üstte sadece küçük bir boşluk (~ 1/2 inç) bırakarak sütuna ek su ekleyin. </li>
	<li>Sütunu streç filmle örtün ve bir lastik bantla sabitleyin. </li>
	<li>Sütunu oda sıcaklığında ışıkta inkübe edin. </li>
	<li>Önümüzdeki 4 ila 8 hafta boyunca, Tablo 1'de açıklandığı gibi, farklı renkli katmanların gelişimi ve kabarcık oluşumu için Winogradsky sütunundaki değişiklikleri izleyin. Ek olarak, farklı katmanların gelişmesi için geçen süreyi kaydetmelisiniz. </li>
</ol>
3. Klasik Winogradsky sütununda isteğe bağlı değişiklikler
<ol>
	<li>Su eklemeden ve karıştırmadan önce toplanan çamura 1 L Winogradsky sütunu başına 25-50 g tuz ekleyin (adım 2.3). Tuz ilavesi halofilik (tuz seven) bakterileri seçer. </li>
	<li>Çivi veya çelik yünü şeklinde demir gibi alternatif alt tabakalar, yumurta sarısı ve kıyılmış gazete ile birlikte kolona eklenebilir (adım 2.4). Bu, Gallionella gibi demir oksitleyici bakterileri zenginleştirecek ve pas renginde bir tabaka olarak görünecektir. </li>
	<li>Oda sıcaklığı yerine (adım 2.9), kolon, termofilik (sıcağı seven) bakterileri seçmek için bir radyatörün yanında veya psikrofilik (soğuğu seven) bakterileri seçmek için bir ışık kaynağı olan bir buzdolabında inkübe edilebilir. </li>
	<li>Bir sütunun kuluçkaya yatarken aldığı ışık miktarı (adım 2.9), farklı sütunları yüksek ışıkta, düşük ışıkta veya karanlıkta yerleştirerek de değiştirilebilir. </li>
	<li>Gelen ışığın dalga boyu, farklı bakteri grupları için hangi renklerin seçildiğini belirlemek için sütunu inkübe ederken (adım 2.9) farklı gölgeli selofanlarla kaplayarak sınırlandırılabilir. </li>
</ol>
4. Veri Analizi
<ol>
	<li>1-3 hafta sonra, klasik Winogradsky sütununun çamur tabakasının üstündeki bazı yeşil renkler görünür olmalıdır (Şekil 2A). Bunlar siyanobakteri tabakasının büyümesinin ilk belirtileridir. </li>
	<li>Zamanla, her biri farklı bakteri türlerinin göstergesi olan farklı katmanların görünümünü ve evrimini izlemeye devam edin. İPUCU: Hangi bakterilerin farklı katmanlara katkıda bulunduğunu anlamak için Kavramlara ve Tablo 1'e bakın. </li>
</ol>
<img alt="Figure 2A" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/10506/10506fig2a.jpg"> 
Şekil 2A: Oda sıcaklığında 21 gün boyunca kuluçkaya yatırılan klasik bir Winogradsky sütununun fotoğrafı. Kolonun üst kısmındaki siyanobakterilerin göstergesi olan yeşil tortuya dikkat edin. 
<ol start="3">
	<li>Klasik Winogradsky sütununda da değişiklikler hazırlandıysa, her sütunun sonuçlarını karşılaştırın.
	<ol>
		<li>Değiştirilmiş Winogradsky sütunlarının her birindeki katmanları gözlemleyin. Aşağıdakilere dikkat edin:
		<ul>
			<li>Sütunlar aynı sayıda katman sergiliyor mu? </li>
			<li>Katmanlar aynı renk ve kalınlıkta mı? </li>
			<li>Katmanlar aynı derinliklerde mi oluşuyor? </li>
			<li>Her sütunun geliştirilmesi ne kadar sürdü? </li>
			<li>Bir sütun diğerlerinden daha yavaş mı gelişti? </li>
		</ul>
		</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

Winogradsky sütunu, birbirine bağımlı bir mikrobiyal ekosistem örneğidir. Çamur, su ve ilave karbon ve kükürt substratlarını dikey bir sütunda karıştırdıktan sonra, tabakalı ekosistem birkaç hafta boyunca ayrı, kararlı bölgeler halinde stabilize olmalıdır. Bu bölgeler, alttaki sülfür bakımından zengin tortu ile üstteki oksijen açısından zengin tortu arasındaki gradyan boyunca belirli bir noktada gelişen farklı mikroorganizmalar tarafından işgal edilir. Winogradsky sütunu içindeki koşulları ve substratları manipüle ederek...

bir winogradsky sütunu oluşturma: bir sediment numunesindeki mikrobiyal türleri zenginleştirmek İçin bir yöntem

Creating a Winogradsky Column: A Method to Enrich the Microbial Species in a Sediment Sample

Kaynak: Elizabeth Suter1, Christopher Corbo1, Jonathan Blaize1 
1 Wagner Koleji, Biyolojik Bilimler Bölümü, 1 Kampüs Yolu, Staten Island NY, 10301
Winogradsky sütunu, tortu mikrobiyal topluluklarını, özellikle kükürt döngüsünde yer alanları zenginleştirmek için kullanılan minyatür, kapalı bir ekosistemdir. Sütun ilk olarak 1880'lerde Sergei Winogradsky tarafından kullanılmış ve o zamandan beri fotosentezleyiciler, kükürt oksitleyiciler, sülfat azaltıcılar, metanojenler, demir oksitleyiciler, nitrojen döngüleyiciler ve daha fazlası gibi biyojeokimyada yer alan birçok farklı mikroorganizmanın çalışmasında uygulanmıştır (1,2). 
Dünyadaki mikroorganizmaların çoğunluğu kültürlenemez olarak kabul edilir, yani bir test tüpünde veya bir petri kabında izole edilemezler (3). Bu, mikroorganizmaların belirli metabolik ürünler için başkalarına bağımlı olması da dahil olmak üzere birçok faktörden kaynaklanmaktadır. Bir Winogradsky sütunundaki koşullar, diğer organizmalarla etkileşimleri de dahil olmak üzere bir mikroorganizmanın doğal yaşam alanını yakından taklit eder ve bunların bir laboratuvarda yetiştirilmesine izin verir. Bu nedenle, bu teknik, bilim adamlarının bu organizmaları incelemelerine ve onları izole bir şekilde büyütmek zorunda kalmadan Dünya'nın biyojeokimyasal döngüleri için ne kadar önemli olduklarını anlamalarına izin verir. 
Dünya'nın ortamları, topraklar, okyanus suyu, bulutlar ve derin deniz çökeltileri gibi her türlü habitatta gelişen mikroorganizmalarla doludur. Tüm habitatlarda mikroorganizmalar birbirine bağımlıdır. Bir mikroorganizma büyüdükçe, şekerler gibi karbon açısından zengin yakıtların yanı sıra besinler, vitaminler ve oksijen gibi solunum gazları da dahil olmak üzere belirli substratları} tüketir. Bu önemli kaynaklar tükendiğinde, farklı metabolik ihtiyaçlara sahip farklı mikroorganizmalar çiçek açabilir ve gelişebilir. Örneğin, Winogradsky sütununda, mikroplar önce eklenen organik materyali tüketirken, sütunun alt katmanlarındaki oksijeni tüketir. Oksijen tükendiğinde, anaerobik organizmalar daha sonra devralabilir ve farklı organik maddeleri tüketebilir. Farklı mikrobiyal toplulukların zaman içinde bu ardışık gelişimine ardışıklık denir (4). Mikrobiyal ardışıklık, mikrobiyal aktivitenin tortunun kimyasını değiştirdiği ve daha sonra diğer mikropların aktivitesini etkilediği bir Winogradsky sütununda önemlidir. Topraklardaki ve çökeltilerdeki birçok mikroorganizma, substrat konsantrasyonlarına bağlı olarak iki farklı habitat türü arasındaki geçiş bölgeleri olan gradyanlar boyunca da yaşar (5). Gradyandaki doğru noktada, bir mikrop optimum miktarda farklı substrat alabilir. Bir Winogradsky sütunu geliştikçe, özellikle oksijen ve sülfürde bu doğal gradyanları taklit etmeye başlar (Şekil 1). 
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/10506/10506fig1.jpg"> 
Şekil 1: Bir Winogradsky sütununda gelişen oksijen (O2) ve sülfür (H2S) gradyanlarının bir temsili. 
Bir Winogradsky sütununda, bir gölet veya sulak alandan gelen çamur ve su şeffaf bir sütunda karıştırılır ve tipik olarak ışıkta inkübe edilmesine izin verilir. Topluluğa genellikle selüloz ve kükürt şeklinde karbon kaynakları vermek için kolona ek substratlar eklenir. Fotosentezleyiciler tipik olarak tortunun üst katmanlarında büyümeye başlar. Bu fotosentetik mikroorganizmalar büyük ölçüde oksijen üreten ve yeşil veya kırmızı-kahverengi bir tabaka olarak görünen siyanobakteriler'den oluşur (Şekil 2, Tablo 1). Fotosentez oksijen üretirken, oksijen suda çok çözünmez ve bu tabakanın altında azalır (Şekil 1). Bu, üst katmanlardaki yüksek oksijen konsantrasyonlarından alt katmanlardaki sıfır oksijene kadar değişen bir oksijen gradyanı oluşturur. Oksijenli katmana aerobik katman ve oksijensiz katmana anaerobik katman denir. 
Anaerobik tabakada, mevcut substratların türüne ve miktarına, ilk mikropların kaynağına ve tortunun gözenekliliğine bağlı olarak birçok farklı mikrobiyal topluluk çoğalabilir. Kolonun dibinde, organik maddeyi anaerobik olarak parçalayan organizmalar gelişebilir. Mikrobiyal fermantasyon, selülozun parçalanmasından organik asitler üretir. Bu organik asitler daha sonra bu organikleri sülfat kullanarak oksitleyen ve yan ürün olarak sülfür üreten sülfat indirgeyiciler tarafından kullanılabilir. Sülfat indirgeyicilerin aktivitesi, tortu siyaha dönerse belirtilir, çünkü demir ve sülfür siyah demir-sülfür mineralleri oluşturmak üzere reaksiyona girer (Şekil 2, Tablo 1). Sülfür ayrıca yukarı doğru yayılır ve sülfür konsantrasyonlarının kolonun altında yüksek ve kolonun üstünde düşük olduğu başka bir gradyan oluşturur (Şekil 1). 
Kolonun ortasına yakın bir yerde, kükürt oksitleyiciler yukarıdan oksijen ve aşağıdan sülfür kaynağından yararlanır. Doğru miktarda ışıkla bu katmanlarda fotosentetik kükürt oksitleyiciler gelişebilir. Bu organizmalar yeşil ve mor kükürt bakterileri olarak bilinir ve genellikle yeşil, mor veya mor-kırmızı filamentler ve lekeler olarak görünürler (Şekil 2, Tablo 1). Yeşil kükürt bakterileri sülfür için daha yüksek bir toleransa sahiptir ve genellikle mor kükürt bakterilerinin hemen altındaki katmanda gelişir. Mor kükürt bakterilerinin üzerinde, mor kükürt olmayan bakteriler de gelişebilir. Bu organizmalar, sülfür yerine elektron vericisi olarak organik asitleri kullanarak fotosentez yapar ve genellikle kırmızı, mor, turuncu veya kahverengi bir tabaka olarak görünür. Fotosentetik olmayan kükürt oksitleyiciler, mor kükürt olmayan bakterilerin üzerinde gelişebilir ve bunlar genellikle beyaz filamentler olarak görünür (Şekil 2, Tablo 1). Ek olarak, Winogradsky sütununda kabarcıklar da oluşabilir. Aerobik katmanlardaki kabarcıklar, siyanobakteriler tarafından oksijen üretimini gösterir. Anaerobik katmanlardaki kabarcıklar muhtemelen organik maddeyi anaerobik olarak parçalayan ve yan ürün olarak metan oluşturan organizmalar olan metanojenlerin aktivitesinden kaynaklanmaktadır. 
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Sütundaki Konum</td>
			<td>İşlevsel grup</td>
			<td>Organizma Örnekleri</td>
			<td>Görsel Gösterge</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Üst</td>
			<td>Fotosentezleyiciler</td>
			<td>Siyanobakteriler</td>
			<td>Yeşil veya kırmızımsı kahverengi tabaka. Bazen oksijen kabarcıkları. </td>
		</tr>
		<tr>
			<td rowspan="5"></td>
			<td>Fotosentetik olmayan kükürt oksitleyiciler</td>
			<td>Beggiatoa, Thiobacilus</td>
			<td>Beyaz tabaka. </td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mor sülfür olmayan bakteriler</td>
			<td>Rhodomicrobium, Rhodospirilum, Rhodopseuodmonas</td>
			<td>Kırmızı, mor, turuncu veya kahverengi tabaka. </td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mor kükürt bakterileri</td>
			<td>Kromatyum</td>
			<td>Mor veya mor-kırmızı tabaka. </td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Yeşil kükürt bakterileri</td>
			<td>Klorobyum</td>
			<td>Yeşil tabaka. </td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sülfat İndirgeyen Bakteriler</td>
			<td>Desulfovibrio, Desulfotomaculum, Desulfobacter, Desulfuromonas</td>
			<td>Siyah tabaka. </td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Alt</td>
			<td>Metanojenler</td>
			<td>Methanococcus, Methanosarcina</td>
			<td>Bazen metan kabarcıkları. </td>
		</tr>
	</tbody>
</table>
Tablo 1: Klasik bir Winogradsky sütununda yukarıdan aşağıya doğru görülebilecek ana bakteri grupları. Her gruptan organizma örnekleri verilmiş ve her bir organizma katmanının görsel göstergeleri listelenmiştir. Perry ve ark. (2002) ve Rogan ve ark. (2005).

Bu deneyde, bir tatlı su habitatından su ve tortu toplandı. İki Winogradsky sütunu inşa edildi ve gelişmesine izin verildi: oda sıcaklığında ışıkta inkübe edilmiş klasik bir Winogradsky sütunu (Şekil 2A) ve karanlıkta oda sıcaklığında inkübe edilmiş bir Winogradsky sütunu (Şekil 2B). 
<img alt="Figure 2B" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/10506/10506fig2b.jpg"> 
Şekil 2B: Oda sıcaklığında ışıkta 68 gün inkübe edilmiş klasik Winogradsky sütununun (solda) ve karanlıkta o...

Bir Winogradsky Sütunu Oluşturma: Bir Sediment Numunesindeki Mikrobiyal Türleri Zenginleştirmek İçin Bir Yöntem

Source: Elizabeth Suter1, Christopher Corbo1, Jonathan Blaize1
1 Department of Biological Sciences, Wagner College, 1 Campus Road, Staten Island NY, 
...

Dünya'daki mikroorganizmaların çoğu, genellikle kendi doğal topluluklarındaki diğer mikroplara güvendikleri için bir laboratuvarda kültürlenemez. Mucidi Sergei Winogradsky'nin adını taşıyan bir Winogradsky sütunu, bir tortu örneğindeki mikrobiyal toplulukları zenginleştiren minyatür, kapalı bir ekosistemdir ve bilim adamlarının Dünya'nın biyojeokimyasal süreçlerinde hayati bir rol oynayan mikropların çoğunu incelemelerini sağlar. Tipik olarak, gölet veya bataklık gibi bir ekosistemden gelen çamur ve su karıştırılır. İsteğe bağlı bir deney olarak, çeşitli halofil türlerini zenginleştirmek için bu karışıma tuz eklenebilir. Daha sonra, karışımın küçük bir kısmı, genellikle gazeteden elde edilen selüloz ve genellikle bir yumurta sarısından elde edilen kükürt şeklinde karbon ile desteklenir. İsteğe bağlı başka bir deney için, belirli Gallionella türlerini zenginleştirmek için bu karışıma bir çivi eklenebilir. Bu yeni karışım daha sonra şeffaf bir sütuna eklenir, böylece sütun dörtte biri dolu olur. Son olarak, çamur karışımının geri kalanı ve daha fazla su, çoğu şekilde dolana kadar kolona eklenir. Farklı mikrobiyal toplulukların zaman içinde ardışık gelişimini ifade eden ardışıklık, bir Winogradsky sütunu ile gerçek zamanlı olarak gözlemlenebilir. Mikroplar sütun içinde büyüdükçe, belirli substratları tüketirler ve çevrelerinin kimyasını değiştirirler. Substratları tükendiğinde, orijinal mikroplar ölür ve farklı metabolik ihtiyaçları olan mikroplar değişen ortamda gelişebilir. Zamanla, her biri farklı mikro-çevresel ihtiyaçlara sahip bir bakteri topluluğunun parçalarını içeren, gözle görülür şekilde farklı katmanlar oluşmaya başlar. Örneğin, büyük ölçüde siyanobakterilerden oluşan fotosentetik mikroplar, kolonun tepesine yakın yeşil veya kırmızı-kahverengi tabakalar oluşturur. Fotosentez, genellikle sütunun üst kısmında kabarcıklar olarak görülen oksijen ürettiğinden, en yüksek oksijen konsantrasyonları tepeye yakın ve en düşük oksijen konsantrasyonları aşağıya doğru olacak şekilde bir gradyan oluşur. Mevcut substratlara bağlı olarak, anaerobik alt tabakada farklı mikrobiyal topluluklar büyüyebilir. Bu katmandaki kabarcıklar, fermantasyon yoluyla metan gazı oluşturan metanojenlerin varlığını gösterebilir. Burada, selülozun mikrobiyal fermantasyonu organik asitlerle sonuçlanır. Sülfat indirgeyiciler, sülfür üretmek için bu asitleri oksitler ve aktiviteleri siyah tortu ile gösterilir. Sülfür kolonda yukarı doğru yayılır ve sülfür konsantrasyonlarının kolonun altına doğru en yüksek ve tepeye yakın en düşük olduğu başka bir gradyan oluşturur. Kolonun ortasına doğru, kükürt oksitleyiciler yukarıdan oksijeni ve aşağıdan sülfürü kullanır. Yeterli ışıkla, yeşil ve mor kükürt bakterileri gibi fotosentetik kükürt oksitleyiciler gelişir. Yeşil kükürt bakterileri daha yüksek sülfür konsantrasyonlarını tolere eder. Böylece, mor kükürt bakterilerinin hemen altında büyürler. Bu tabakanın hemen üzerinde, mor kükürt olmayan bakteriler kırmızı-turuncu bir tabaka oluşturur. Fotosentetik olmayan kükürt oksitleyiciler, beyaz filamentlerin varlığı ile gösterilir. Işık ve sıcaklık gibi koşullar da diğer toplulukları zenginleştirmek için değiştirilebilir. Bu videoda, bir Winogradsky sütununun nasıl oluşturulacağını öğrenecek ve belirli mikrobiyal toplulukları zenginleştirmek için yetiştirme koşullarını ve substratları nasıl değiştireceğinizi öğreneceksiniz. İlk olarak, gölet veya bataklık gibi uygun bir su ekosistemi bulun. Tortu örnekleri su kenarına yakın bölgeden gelmeli ve tamamen suya doymuş olmalıdır. Ardından, bir ila iki litre doymuş çamuru toplamak için bir kürek ve bir kova kullanın. Daha sonra, aynı kaynaktan yaklaşık üç litre tatlı su elde edin ve saha numuneleriyle birlikte laboratuvara geri dönün. Laboratuvarda, laboratuvar önlüğü ve eldivenler de dahil olmak üzere uygun kişisel koruyucu ekipmanı giyin. Şimdi, yaklaşık 750 mililitre çamuru bir karıştırma kabına aktarın. Ardından, büyük kayaları, dalları veya yaprakları çıkarmak için çamuru eleyin ve kümeleri ayırmak için bir kaşık kullanın. Daha sonra karıştırma kabına tatlı suyun bir kısmını ekleyin ve büyük bir kaşıkla karıştırın. Su-çamur karışımının kıvamı milkshake'e benzer olana kadar su ekleyin. Topaklanma olmadığından emin olmaya devam edin. İsteğe bağlı bir deney olarak, çamur karışımına 25 ila 50 miligram tuz ekleyerek halofilik bakterileri seçin. Daha sonra su-çamur karışımının yaklaşık 1/3'ünü ikinci bir karıştırma kabına aktarın. Kaseye bir yumurta sarısı ve bir avuç rendelenmiş gazete ekleyin. Daha sonra, bu karışımı yaklaşık 1/4 dolana kadar sütuna ekleyin. Daha sonra, yumurta ve gazete içermeyen su-çamur karışımını yaklaşık 3/4 oranında dolana kadar sütuna ekleyin. Ardından, üstte 1/2 inç boşluk bırakarak sütuna daha fazla su ekleyin. Sütunu streç filmle örtün ve bir lastik bantla sabitleyin. Sütunu, önümüzdeki dört ila sekiz hafta boyunca oda sıcaklığında bir pencerenin yanındaki ışıkta inkübe edin. Kuluçka süresi boyunca, farklı renkli katmanların gelişimi ve kabarcık oluşumu için Winogradsky sütunundaki değişiklikleri haftada en az bir kez izleyin. Ek olarak, farklı katmanların gelişmesi için geçen süreyi kaydedin. Yapılabilecek başka bir modifikasyon, termofilik bakterileri seçmek için kolonu bir radyatörün yanında veya psikrofilik bakterileri seçmek için bir buzdolabında inkübe etmektir. İnkübe etmek için yüksek ışıkta, düşük ışıkta veya karanlıkta farklı sütunlar yerleştirerek ışık koşullarını değiştirin. Alternatif olarak, farklı bakteri grupları için hangi renklerin seçileceğini belirlemek için sütunu farklı selofan tonlarıyla kaplayarak gelen ışığın dalga boyunu sınırlayın. Başka bir isteğe bağlı deney için, demir oksitleyici bakterileri zenginleştirmek için, gazete ve yumurta sarısı eklemeden önce çamur-su karışımına bir çivi ekleyin. Bir ila iki hafta sonra, siyanobakteri tabakasının büyümesi, klasik Winogradsky sütununun çamur tabakasının üstünde yeşil veya kırmızı-kahverengi bir film ile gösterilir. Zamanla, her biri mevcut farklı bakteri türlerinin göstergesi olan farklı katmanların görünümü ve evrimi izlenir. Karanlıkta yetiştirilen bir sütunu geleneksel bir Winogradsky sütunuyla karşılaştırırken, karanlık muamelenin, sülfat indirgeyen bakterilerin göstergesi olan sütunun altındaki siyah tabakayı verdiğini görüyoruz. Koyu renkli sütun, diğer inkübasyon koşullarına bağlı olarak başka katmanlar da verebilir. Ek olarak, koyu sütun, yeşil siyanobakteri tabakasını veya sırasıyla mor kükürt olmayan, mor kükürt ve yeşil kükürt bakterilerini gösteren kırmızı, mor veya yeşil katmanları vermez. Bu gruplar büyümek için ışığa bağımlıdır.

creating-winogradsky-column-method-to-enrich-microbial-species

Education

JoVE Science Education

Advanced Biology

İleri Biyoloji

Microbiology

Mikrobiyoloji

winogradsky column microbial layers and gradients

A Winogradsky column shows how microbial layers form in mud and water over time. It is a clear, enclosed ecosystem that helps scientists grow sediment microbes that are hard to culture in a test tube or on a petri dish. By keeping conditions close to a microbe’s natural habitat, the column makes it possible to study organisms that help drive Earth’s biogeochemical cycles.

The column is built from pond or wetland sediment mixed with water in a transparent container. Extra sources of carbon, usually cellulose, and sulfur are added, and the column is incubated in light. As microbes use these resources, they go through succession, which means one community replaces another as conditions change. This activity also creates gradients, or zones with changing chemical levels, especially for oxygen and sulfide.

At the top of the column, photosynthesizers grow first. These are mostly cyanobacteria, which make oxygen and often appear as a green or reddish-brown layer. Because oxygen is not very soluble in water, its concentration drops quickly below this zone. That creates an aerobic layer with oxygen at the top and an anaerobic layer with no oxygen below.

Deeper in the column, microbes that do not need oxygen can become active. At the bottom, organisms break down organic matter without oxygen, and fermentation of cellulose produces organic acids. Sulfate reducers then use these organics with sulfate and release sulfide. When iron reacts with sulfide, the sediment turns black and forms iron-sulfide minerals.

Sulfide also moves upward, so the middle of the column becomes a place where oxygen from above and sulfide from below meet. With enough light, sulfur-using photosynthesizers grow here. Green sulfur bacteria and purple sulfur bacteria often form green, purple, or purple-red layers. Green sulfur bacteria usually sit below purple sulfur bacteria because they tolerate more sulfide.

Above the purple sulfur bacteria, purple nonsulfur bacteria may form red, purple, orange, or brown layers. These microbes use organic acids as electron donors instead of sulfide. Higher up, nonphotosynthetic sulfur oxidizers can appear as white filaments. Bubbles may also form in the column. Oxygen bubbles in the aerobic layers come from cyanobacteria, while methane bubbles in the anaerobic layers are likely made by methanogens.

A mature Winogradsky column can show several microbial groups from top to bottom. Cyanobacteria are at the top, followed by nonphotosynthetic sulfur oxidizers, purple nonsulfur bacteria, purple sulfur bacteria, green sulfur bacteria, sulfate-reducing bacteria, and methanogens near the bottom. The visible colors, filaments, black sediment, and bubbles make the column a useful model for studying how microbes depend on one another in layered environments.

Winogradsky Column Microbial Layers and Gradients

winogradsky-column-microbial-layers-and-gradients

creating a winogradsky column: a method to enrich the microbial species in a sediment sample

A Winogradsky column shows how microbial layers form in mud and water over time. It is a clear, enclosed ecosystem that helps scientists grow sediment microbes that are hard to culture in a test tube or on a petri dish. By keeping conditions close to a microbe’s natural habitat, the column makes it possible to study organisms that help drive Earth’s biogeochemical cycles. The column is built from pond or wetland sediment mixed with water in a transparent container. Extra sources of carbon,...

serial dilutions and plating: microbial enumeration

serial-dilutions-and-plating-microbial-enumeration

Counting Bacteria with Dilution Plates

Counting bacteria with dilution plates helps microbiologists estimate how many cells are in a sample. Because bacteria can grow quickly and may be hard to count directly, serial dilution and plating make the concentration easier to measure. These methods have been used for more than a century to study bacterial and viral loads in clinical, industrial, pharmaceutical, and academic labs. Serial dilution reduces a sample in steps. A small volume of the original solution is moved into a fixed...

enrichment cultures: culturing aerobic and anaerobic microbes on selective and differential medias

enrichment-cultures-culturing-aerobic-anaerobic-microbes-on-selective

Selective Media for Bacterial Isolation

Selective media help scientists isolate bacteria by supporting some microbes and blocking others. This lab also uses differential media, which reveal a visible chemical trait in the organism being grown. Together, these methods help identify bacteria from mixed samples. Prokaryotic cells live in almost every environment on Earth. They also show wide metabolic diversity, so the growth medium must supply the molecules they need for energy. Some microbes are extremophiles, meaning they live in...

pure cultures and streak plating: isolation of single bacterial colonies from a mixed sample

pure-cultures-streak-plating-isolation-single-bacterial-colonies-from

Streak Plate Method for Isolating Bacteria

The streak plate method is used to isolate single bacterial colonies from a mixed sample. It helps separate one bacterial type from another so a pure culture can be grown. This is important in both clinical and research settings, where bacteria often grow together in mixed cultures. Pure cultures are needed for later genetic and protein studies. They are also used to check whether a sample is pure and to identify infectious agents from clinical samples. Because different strains can affect...

16s rrna sequencing: a pcr-based technique to identify bacterial species

16s-rrna-sequencing-pcr-based-technique-to-identify-bacterial

Bacterial ID with 16S rRNA Gene Sequencing

Bacterial identification with 16S rRNA gene sequencing helps scientists tell bacterial species apart. It is used in microbial ecology to study biodiversity in environmental samples and in medical microbiology to help diagnose infected patients. Traditional methods include microscopy, growth on specific media, biochemical and serological tests, and antibiotic sensitivity assays. Molecular methods have changed how bacteria are identified. 16S ribosomal RNA (rRNA) gene sequencing is often faster...

growth curves: generating growth curves using colony forming units and optical density measurements

growth-curves-generating-growth-curves-using-colony-forming-units

Bacterial Growth Stages and Cell Counts

Bacterial growth stages and cell counts show how a culture changes over time. This page follows a batch culture as it moves through lag, exponential, stationary, and death phases. It also shows how colony forming units, or CFU, and optical density can be used to measure that growth. Lag phase is the time bacteria need to adjust to a new environment before fast division begins. During exponential phase, cells grow and divide at the fastest rate, and DNA replication, RNA transcription, and...

antibiotic susceptibility testing: epsilometer tests to determine mic values of two antibiotics and evaluate antibiotic synergy

antibiotic-susceptibility-testing-epsilometer-tests-to-determine-mic

Measuring Bacterial Resistance with E-Tests

Measuring bacterial resistance with E-tests helps show how strongly an antibiotic can stop growth. The method is used to find the minimal inhibitory concentration, or MIC, which is the lowest antibiotic level that prevents visible bacterial growth. It is a practical way to study resistance in bacteria and compare how different antibiotics perform. The E-test uses a plastic strip that contains a built-in antibiotic gradient. The strip is placed on an agar plate that has been inoculated with...

microscopy and staining: gram, capsule, and endospore staining

microscopy-and-staining-gram-capsule-and-endospore-staining

Bacterial Stains for Cell Walls and Spores

Bacterial stains help scientists see cell walls, capsules, and endospores with a compound light microscope. Many bacteria are hard to tell apart with light alone because they are small, colorless, and can look similar under the lens. Staining makes these hidden features visible and helps identify different bacteria. A compound microscope uses more than one lens to magnify a sample. Its objective lens collects light near the specimen, and the eyepiece enlarges the image. Many compound...

plaque assay: a method to determine viral titer as plaque forming units (pfu)

plaque-assay-method-to-determine-viral-titer-as-plaque-forming-units

Phage Plaque Test for Counting Viruses

Bacteriophages, or phages, are viruses that infect prokaryotic cells. The plaque assay is a classic way to count these viruses by measuring viral titer, which is the amount of virus in a sample. It was first described in 1952 and is still one of the most reliable methods for determining viral titer. Phages were identified in the early 20th century by Twort and d'Hérelle. They have since been recognized for their therapeutic value and for their role in human and global ecosystems. Interest in...

transformation of e. coli cells using an adapted calcium chloride procedure

transformation-e-coli-cells-using-an-adapted-calcium-chloride

Calcium Chloride DNA Uptake in E. coli

Calcium chloride treatment can help E. coli take up foreign DNA. This chemical transformation method is used in molecular biology to move a plasmid into bacterial cells and then identify the cells that received it. The protocol described here uses chemically competent E. coli DH5α cells and the plasmid pUC19 to measure transformation efficiency. Bacteria can exchange genetic material through horizontal gene transfer. The three main routes are transformation, transduction, and conjugation.

conjugation: a method to transfer ampicillin resistance from donor to recipient e. coli

conjugation-method-to-transfer-ampicillin-resistance-from-donor-to

Bacterial Gene Transfer by Conjugation in E. coli

Bacterial conjugation is a form of horizontal gene transfer in E. coli that moves DNA from one cell to another through direct contact. It was first discovered by Lederberg and Tatum in 1946. Unlike transformation or transduction, conjugation is a natural, one-way transfer of DNA from a donor cell to a recipient cell. This process can increase bacterial genetic diversity. It is often described as a type of bacterial mating. It has also helped drive the spread of antibiotic-resistant bacteria.

phage transduction: a method to transfer ampicillin resistance from donor to recipient e. coli

phage-transduction-method-to-transfer-ampicillin-resistance-from

Using P1 Phage to Move Antibiotic Resistance in E. coli

Bacteriophage transduction moves DNA between bacteria by using a phage, or bacterial virus, as the carrier. In this process, a phage can deliver genetic material from one bacterium to another. The method is a form of horizontal gene transfer and is important in both bacterial evolution and laboratory genetics. Phages were first described in the early 1900s, and transduction was named in 1951 by Norton Zinder and Joshua Lederberg. The transcript describes two main phage classes. Lytic phages...

microbiology

Bu koleksiyon, uygun steril teknik ve plaklama, selektif ortam kullanımı ve numunelerin güçlendirilmesi ve karışık veya saf numuneler için kültür yöntemleri de dahil olmak üzere mikrobiyolojik araştırmanın temel araçlarını göstermektedir. Ek olarak, mikrobiyal izolatları tanımlamada kullanılan yaygın yöntemlerin yanı sıra bakterilerin genetik manipülasyonu için prosedürleri de içerir.

Explore how a Winogradsky column forms microbial layers, oxygen and sulfide gradients, and visible signs of cyanobacteria, sulfur bacteria, and methanogens.

Winogradsky Column Microbial Layers and Gradients

Description

Transcript

Tags