ستون وینوگراوسکی

روش های مختلفی جهت شناسایی و مطالعه میکروارگانیسم های محیط وجود دارد. یکی از این روش های مهم و کارآمد ستون وینوگراوسکی است. ستون وینوگراوسکی اکوسیستم کوچک و کاملی است که جهت مطالعه اکولوژی میکروارگانیسم ها به کار گرفته می شود و به نام کاشف آن سرجی وینوگراوسکی معروف است. یکی از مهمترین کاربردهای این ستون این است که نشان می دهد چگونه میکروارگانیسم های مختلف یک اکوسیستم با هم ارتباط داشته و زمینه رشد و نمو همدیگر را مهیا یا مهار کنند. به عبارتی در نتیجه فعالیت یک میکروارگانیسم رشد دیگر میکروارگانیسم ها تحریک شده یا متوقف می شود.  

میکروارگانیسم های مختلفی که در نمونه وجود دارند جهت رشد و نمو خود نیاز به شرایطی دارند که برای برخی از آنها شرایط مورد نیاز وجود داشته ولی برای برخی دیگر خصوصیات اولیه موجود شرایط مورد نیاز را مهیا نمی کنند. این شرایط مورد نیازشان در نتیجه رشد و نمو و نهایتاً فعالیت متابولیسمی گروهی از میکروارگانیسم ها که شرایط رشد آنها مهیا است، ایجاد می گردد. آنچه که در این ستون بایستی به آن توجه شود چگونگی ایجاد این شرایط یا وجود ارتباط بین میکروارگانیسم ها است.

ساختمان ستون وینوگراوسکی

در طبیعت بین میکروارگانیسم ها روابط مختلفی وجود دارد که به حالت های مختلفی یافت می شود. در ستون وینوگراوسکی می توان این روابط را مشاهده نمود جهت این امر نیاز است که شرایط خاصی در این ستون وجود داشته باشد که نیازمندی های رشد میکروارگانیسم ها را مهیا کند. نکته بسیار مهم و بسیار حائز اهمیت در این ستون، استفاده از آن جهت شناسایی یا ایزولاسیون باکتری خاصی از یک اکوسیستم است که در این مورد یکی از خصوصیات اصلی و بارز این میکروارگانیسم را در نظر گرفته و ستون وینوگراوسکی را براساس آن می سازیم. به عنوان مثال چنانچه هدف ایزولاسیون باکتری های دارای آنزیم پکتیناز باشد مواد دارای پکتین مانند کاه، ریشه درختان، برگ، گوشت، تخم مرغ و.... را به آن اضافه می کنیم و یا چنانچه هدف ایزولاسیون باکتری های دارای سلولز باشد به ستون به عنوان منبع کربن، تکه های کاغذ اضافه می شود.

جهت ساختن ستون وینوگراوسکی مواد و وسایل زیر لازم است:

1. شیشه یک لیتری پلاستیکی

2. نمونه: نمونه انتخابی متفاوت بوده ممکن است خاک، لجن (باتلاقهای آب شیرین و شور، لجن دریاچه) و یا آب هر منبعی مثل رود، دریاچه، برکه یا فاضلاب باشد. به عبارت دیگر در هر کدام از نمونه های گفته شده می توان اکولوژی میکروارگانیسم ها و با وجود یک میکروارگانیسم خاص را بررسی نمود.

3. منبع کربن: یکی از اجزای بسیار مهم در ستون وینوگراوسکی افزودن موادی به عنوان منبع کربن است، تا کربن مورد احتیاج برای رشد میکروارگانیسم ها مهیا شود. چنانچه میکروارگانیسم ها به منبع کربن دسترسی داشته باشند آنها را از محیط گرفته سریعاً تکثیر می شوند و خود را بهتر و زودتر در محیط نشان می دهند.

از مواد مختلفی همچون مواد گیاهی مانند علف خشک خرد شده، چمن خرد شده، روزنامه تکه تکه شده، خاک اره و دانه های نشاسته می توان به این منظور استفاده نمود. این مواد کربن را آهسته آزاد می کنند. جهت انتشار سریع کربن می توان از کربنات سدیم، بی کربنات سدیم و یا کربنات کلسیم استفاده نمود.

4. منبع گوگرد: جهت این کار می توان از گوگرد عنصری، سولفات منیزیم، تخم خام یا پخته (زرده تخم) و یا پنیر استفاده نمود.

5. روکش پلاستیکی و نوار پلاستیکی

ترتیب لایه های مختلف ستون وینوگراوسکی

1. در ناحیه هوازی و اکسیژن دار بالای ستون چند گروه میکروارگانیسم وجود داشته و لایه مجزای تشکیل می دهند. مهمترین این میکروارگانیسم ها عبارتند از:

الف). جلبک ها که با ایجاد لایه سبز رنگ به واسطه عمل فتوسنتز و تکثیر آنها مشخص می شوند.

ب). سیانوباکترها یا جلبک های سبز – آبی که همانند گیاهان قادر به انجام عمل فتوسنتز هستند. اعتقاد بر این است که کلروپلاست گیاهان از منشاء سیانوباکترها است و به عبارتی کلروپلاست در نتیجه زندگی همزیستی بین سیانوباکترها و سلول های گیاهی ایجاد شده است.

ج). باکتری های غلافدار که هوازی بوده و با اکسیداسیون مواد آلی فرعی رشد و نمو می نمایند.

د). باکتری های اکسید کننده گوگرد، این گروه از باکتری ها در هر جا که H₂S به همراه اکسیژن وجود داشته باشد قادرند از H₂S به عنوان منبع انرژی و از CO₂ به عنوان منبع کربن استفاده نموده به عبارتی شیمیواتوتروف یا شیمیوسنتیک هستند.

2. بعد از لایه هوازی و قبل از لایه مربوط به باکتری های گوگردی فتوسنتز کننده در ستون آب، گروهی از باکتری های غیرگوگردی فتوسنتز کننده مثل رودوسووموناس، رودواسپریلیوم و رودومیکروبیوم فعالیت نموده و تشکیل لایه می دهند.

 این باکتری ها شامل باکتریهای غیرگوگردی بنفش بوده زیادی آنها به رنگ قرمز روشن دیده می شود. این باکتری ها در شرایط بی هوازی زندگی نموده و انرژی خود را از واکنش های نوری با استفاده از اسیدهای آلی به عنوان منبع کربن ایجاد می نمایند.

اسیدهای آلی که آنها به کار می برند از تخمیر محصولات باکتری های بی هوازی لایه های زیرین همانند کلستریدیوم ها است. باکتری های غیرگوگردی ارغوانی به دلیل عدم تحمل غلظت زیاد H₂S در بالای ناحیه ای که باکتری های گوگردی بنفش – سبز هستند، مشاهده می شوند و به آنها فتوهتروتروف گویند.

3. لایه بعدی در ستون وینوگراوسکی مربوط به باکتری های گوگردی سبز – بنفش می باشد که باکتریهای بی هوازی فتوسنتز کننده هستند. این باکتری ها جهت عمل فتوسنتز به H₂S نیاز دارند این H₂S از رسوبات عمقی به سطوح بالاتر آمده در اختیار آنها قرار می گیرد. این گروه از باکتری ها معمولاً به دو دسته رنگی باریک در بالای قسمت رسوبات دیده می شوند که از بالا به پایین ابتدا باکتری های گوگردی بنفش و سپس باکتری های گوگردی سبز قرار می گیرند. این باکتری ها انرژی از نور خورشید و کربن را از CO₂ می گیرند و فرق آنها با گیاهان در منبع الکترون احیاء کننده CO₂ است. بنابراین در طی فتوسنتز خود هیچ گاه اکسیژن ایجاد نمی کنند.

4. لایه مربوط به باکتری های احیاء کننده سولفات مانند دسولفوویبریو، این گروه از باکتری های فضای بی هوازی و عاری از اکسیژن، از سولفات به عنوان پذیرنده الکترون استفاده نموده و با تنفس سولفاتی که انجام می دهند، H₂S ایجاد می کنند و آن را به لایه بالاتر خود فرستاده و در اختیار باکتری های گوگردی سبز – بنفش فتوسنتز کننده قرار می دهند. برخی از H₂S ایجاد شده با آهن موجود در رسوب، واکنش داده و فروسولفید سیاه رنگی را ایجاد می کنند.

5. در لایه عمقی و ته رسوبات ستون وینوگراوسکی بعضی از انواع باکتری های مانند کلستریدیوم ها وقتی که رسوبات عاری از اکسیژن شد رشد و نمو نموده و فعالیت های تخمیری از خود نشان داده که منجر به تجزیه تخمیری مواد موجود در رسوبات من جمله سلولز شده و آن را به منومرهای خود یعنی گلوکز تبدیل می نماید. سپس مقداری از گلوکز را تخمیر نموده انرژی مورد نیاز خود را ایجاد می نماید و مقدار دیگر گلوکز در اختیار سایرین به خصوص هتروتروف های لایه های دیگر قرار می دهند. در نتیجه تخمیر گلوکز توسط آن ترکیبات آلی مانند اتانول، اسیداستیک، سولسینیک اسید و ... به عنوان محصولات تخمیری ایجاد می شود.