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创建维诺格拉茨基柱:在沉积物样本中丰富微生物物种的方法
 

创建维诺格拉茨基柱:在沉积物样本中丰富微生物物种的方法

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地球上的大多数微生物不能在实验室中培养,通常是因为它们依赖于其当地社区内的其他微生物。以发明者谢尔盖·维诺格拉茨基命名的维诺格拉茨基柱是一个微型的封闭生态系统,它丰富了沉积物样本中的微生物群落,使科学家能够研究在地球中发挥重要作用的许多微生物。生物地球化学过程,无需单独隔离和培养它们。

通常,来自生态系统(如池塘或沼泽)的泥浆和水是混合的。作为一个可选的实验,盐可以添加到这种混合物中,以丰富各种嗜哈生物物种。其次,一小部分混合物辅以碳,通常以报纸的纤维素和硫的形式补充,通常来自蛋黄。对于另一个可选的实验,指甲可以添加到这种混合物中,以丰富某些Gallionella物种。然后,此新混合物将添加到透明列中,以便该列已满四分之一。最后,将其余的泥浆混合物和更多的水添加到柱中,直到大部分水充满。

继承是指不同微生物群落随时间的连续发展,可以通过维诺格拉茨基柱实时观察。当微生物在柱内生长时,它们会消耗特定的基质并改变其环境的化学成分。当它们的基质耗尽时,原来的微生物就会消失,具有不同代谢需求的微生物可以在改变的环境中茁壮成长。随着时间的推移,明显不同的层开始形成,每个层都含有具有不同微环境需求的细菌群落的一部分。

例如,主要由蓝藻组成的光合微生物在柱顶附近形成绿色或红褐色层。由于光合作用产生氧气,通常被视为柱顶部的气泡,因此形成梯度,顶部附近有最高的氧浓度,底部为最低。根据可用的基质,不同的微生物群落可以在厌氧底层生长。这一层中的气泡可以指示甲烷原的存在,通过发酵产生甲烷气体。在这里,纤维素的微生物发酵产生有机酸。硫酸盐还原剂氧化这些酸产生硫化物,其活性由黑色沉积物指示。硫化物在柱中向上扩散,形成另一个梯度,其中硫化物浓度最高,朝向柱底,最低接近顶部。在柱的中间,硫氧化剂利用上面的氧气和下面的硫化物。光线充足,光合硫氧化剂,如绿色和紫色硫细菌,发展。绿色硫磺细菌可耐受较高的硫化物浓度。因此,它们生长在紫硫细菌的正下方。正上方,紫色无硫细菌形成红橙色层。非光合硫氧化剂由白色细丝的存在表示。

光和温度等条件也可以变化,以丰富其他社区。在本视频中,您将学习如何构建维诺格拉茨基柱,并改变生长条件和基质以丰富特定的微生物群落。

首先,找到适当的水生生态系统,如池塘或沼泽。沉积物样本应来自靠近水缘的区域,并完全饱和水。然后,使用铲子和铲斗收集一至两升饱和泥浆。接下来,从同一来源获取大约三升淡水,然后带着现场样品返回实验室。

在实验室中,穿上适当的个人防护装备,包括实验室外套和手套。现在,将大约 750 毫升的泥浆转移到搅拌碗中。然后,在泥浆中筛选,清除大岩石、树枝或树叶,用勺子将任何块块分开。接下来,将一些淡水加入搅拌碗中,用大勺子搅拌。加水,直到水泥混合物的稠度类似于奶昔。继续确保没有块状。

作为可选的实验,通过在泥浆混合物中加入25至50毫克的盐来选择嗜晕细菌。

然后,将大约 1/3 的水泥混合物转移到第二个搅拌碗中。在碗里加一个蛋黄和一把碎报纸。接下来,将这种混合物添加到列中,直到它达到大约 1/4。接下来,将不含鸡蛋和报纸的水泥混合物添加到柱中,直到大约 3/4 满。然后,向柱子添加更多水,在顶部留出 1/2 英寸的空间。用塑料包装盖住柱子,用橡皮筋固定。

在接下来的四到八周内,在室温下的窗户附近的光线中孵育柱子。在整个潜伏期,每周至少监测一次维诺格拉茨基柱的变化,以形成不同颜色的层和气泡的形成。此外,记录不同图层开发所需的时间。

另一个可以修改的,是孵育在散热器附近的柱,以选择嗜热细菌,或在冰箱中选择亲热细菌。通过在高光、低光或暗度下放置不同的柱子来孵育,从而改变光线条件。或者,通过用不同色调的玻璃纸覆盖柱,以确定哪些颜色为不同的细菌组选择,从而限制进入光的波长。对于另一个可选的实验,为了丰富铁氧化细菌,在添加报纸和蛋黄之前,在泥水混合物中加入钉子。

一到两周后,在经典维诺格拉茨基柱的泥层上,用绿色或红褐色薄膜指示蓝藻层的生长。随着时间的推移,不同层的外观和演化被监测,每个菌株都显示出不同类型的细菌存在。当将在黑暗中生长的柱子与传统的维诺格拉茨基柱进行比较时,我们看到深色处理会产生柱子底部的黑色层,这表明硫酸盐的细菌减少。

暗柱也可能产生其他层,这取决于其他孵育条件。此外,暗柱不会产生绿色蓝藻层,也不会分别产生红色、紫色或绿色层,分别指示紫色无硫、紫色硫和绿色硫细菌。这些群体的增长依赖于光。

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