ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ - М. И. Чернявская - 2016
ТЕМА 1. КОЛОНКА ВИНОГРАДСКОГО
Изучение разнообразия микроорганизмов немыслимо без выделения чистых культур, поскольку это позволяет получить достоверные сведения о свойствах тех или иных микроорганизмов и способах их взаимодействия. В естественных условиях чистые культуры микроорганизмов встречаются редко, поэтому на первом этапе их выделения получают накопительные культуры. Основная задача здесь сводится к созданию оптимальных условий для роста определенного вида или группы микроорганизмов по сравнению с другими.
Для получения накопительной культуры и последующего выделения фотоавтотрофных, хемолитотрофных и хемогетеротрофных микроорганизмов удобно использование колонки Виноградского. Она также является моделью, позволяющей представить взаиморасположение в водоеме разных групп микроорганизмов, прежде всего связанных с метаболизмом углерода и серы. Важнейшая закономерность, которую можно выявить, наблюдая за развитием колонки Виноградского, — возникновение вертикального градиента окислительно-восстановительных условий (от анаэробных в нижней части колонки к аэробным — в верхней) и создание экологических ниш для развития разных групп бактерий. В типичном случае в первые дни после постановки колонки в толще ила начинается анаэробное разложение органического вещества, катализируемое группой микроорганизмов-гидролитиков и первичных анаэробов (бродильщиков). Продукты брожения (Н2, органические кислоты, спирты) используются вторичными анаэробами, в том числе сульфатредуцирующими бактериями. Продукты метаболизма последних (сульфид и СО2) диффундируют в среду и служат субстратами для роста фототрофных аноксигенных (пурпурных и зеленых) и хемолитотрофных (тионовых, бесцветных серных) бактерий. Аноксигенные фототрофные бактерии развиваются в анаэробной зоне осадка и воды, образуя окрашенные слои или пятна на обращенной к свету стороне колонки. В верхней части колонки появляются цианобактерии и водоросли, выделяющие на свету О2. Тионовые и нитчатые бесцветные серные бактерии могут развиваться в условиях одновременного присутствия Н2S, диффундирующего снизу, и О2, поступающего сверху. В разные периоды времени в различных зонах колонки создаются условия для развития многочисленных групп микроорганизмов, входящих в состав экосистемы водоема (рис. 1). Полнота их учета зависит от времени инкубации колонки и тщательности наблюдений.
Рис. 1. Схема распределения различных групп микроорганизмов в колонке Виноградского
Контрольные вопросы
1. Дайте определение понятию «экологическая микробиология».
2. Перечислите основные направления исследований в области экологической микробиологии.
3. Какие типы взаимоотношений могут возникать между микроорганизмами?
4. Какие типы взаимоотношений могут возникать между микроорганизмами и макроорганизмами?
5. Каково значение накопительных культур в микробиологической практике?
6. Какие группы микроорганизмов позволяет изучить колонка Виноградского?
Лабораторная работа 1. Получение накопительной культуры фотоавтотрофных и хемолитотрофных микроорганизмов
Цель работы: заложить колонку Виноградского и наблюдать за ее развитием в течение 6 — 7 недель.
Материалы и оборудование: стеклянные колонки (цилиндры) высотой не менее 30 см и диаметром 8 см (объем — 500 — 1000 мл), ил из водоема или грязь (250 — 500 г, в зависимости от объема цилиндра), карбонат кальция (СаСO3), сульфат кальция (CaSO4), измельченная газетная или фильтровальная бумага, миска или контейнер для ила, ложка или шпатель для перемешивания, дистиллированная вода, кусок алюминиевой фольги, пластиковая крышка или парафилм, источник света (окно или лампа дневного света).
Ход работы
1. Из водоема отбирают ил/грязь (ил должен быть свежим, поэтому отбор проб необходимо проводить в день постановки колонки).
2. Из пробы ила/грязи убирают мусор.
3. В миску (контейнер) для смешивания переносят 125 — 250 гила / грязи.
4. Добавляют 5 г СаСO3 и 5 г CaSO4.
5. Если проба недостаточно влажная, добавляют немного воды.
6. Тщательно перемешивают.
7. Добавляют 10 г измельченной фильтровальной или газетной бумаги и снова перемешивают.
8. Полученную массу помещают в колонку (колонка должна быть заполнена приблизительно на 1/4 — 1/3 часть), тщательно утрамбовывают, чтобы удалить воздушные полости.
9. Оставшийся ил/грязь переносят в колонку (до уровня примерно 5 см от верха) и снова утрамбовывают.
10. Добавляют воду (она должна покрывать ил/грязь на 2 — 3 см).
11. Ждут, пока вода осядет (30 мин). В колонке должно остаться 2 —3 см воздушного пространства над водой. Если воды больше — излишек удаляют, если меньше — добавляют до получения необходимого уровня.
12. Колонку герметично закрывают парафилмом, а затем фольгой.
13. Инкубируют колонку в течение 6 — 7 недель при комнатной температуре и непрямом солнечном свете (на окне).
14. Колонку проверяют каждую неделю, чтобы увидеть ее развитие.
15. Результаты наблюдений записывают в лабораторный журнал.