CHUYÊN MỤC WINOGRADSKY LÀ GÌ VÀ NÓ DÙNG ĐỂ LÀM GÌ? - SINH HỌC - 2025

Các cột Winogradsky là một loại thiết bị dùng cho việc trồng các loại khác nhau của vi sinh vật. Nó được tạo ra bởi nhà vi sinh vật học người Nga Sergei Winogradsky. Sự phát triển của vi sinh vật sẽ được phân tầng trong toàn bộ cột.

Sự phân tầng được thực hiện dựa trên yêu cầu về dinh dưỡng và môi trường của từng nhóm sinh vật. Đối với điều này, các loại chất dinh dưỡng và nguồn năng lượng khác nhau được cung cấp cho thiết bị.

Chuyên mục Winogradsky. Lấy và biên tập từ: UPVD-BioEcoL3-2010, từ Wikimedia Commons.

Cột là một môi trường nuôi cấy được làm giàu, nơi các vi sinh vật thuộc các nhóm khác nhau sẽ phát triển. Sau thời gian trưởng thành có thể kéo dài từ vài tuần đến vài tháng, những vi sinh vật này sẽ trở nên sẵn có trong các vi sinh vật cụ thể.

Các vi sinh vật được tạo ra sẽ phụ thuộc vào vật liệu được sử dụng và mối quan hệ qua lại giữa các sinh vật phát triển.

Sergei Winogradsky là ai?

Sergei Winogradsky (1856-1953), người tạo ra cột mang tên ông, là một nhà vi trùng học người Nga sinh ra ở Kiev, nay là thủ đô của Ukraine. Ngoài là một nhà vi sinh vật học, ông còn là một chuyên gia về sinh thái học và nghiên cứu đất.

Công việc của ông với các vi sinh vật phụ thuộc vào lưu huỳnh và các quá trình sinh hóa nitơ đã mang lại cho ông sự nổi tiếng lớn. Ông đã mô tả nhiều vi sinh vật mới, bao gồm các chi Nitrosomona và Nitrobacter. Ông cũng là người phát hiện ra quá trình tổng hợp hóa học.

Trong số rất nhiều sự công nhận mà nhà vi sinh vật học này nhận được có tên là thành viên danh dự của Hiệp hội Khoa học Tự nhiên Moscow.

Ông cũng là thành viên của Viện Hàn lâm Khoa học Pháp. Năm 1935, ông nhận được Huân chương Leeuwenhoek, sự công nhận của Viện Hàn lâm Khoa học và Nghệ thuật Hoàng gia Hà Lan. Ông được chính Louis Pasteur mời về làm Trưởng khoa Vi trùng học của Viện Pasteur.

Chuyên mục Winogradsky là gì?

Thiết bị này không gì khác hơn là một hình trụ bằng thủy tinh hoặc nhựa có chứa các vật liệu khác nhau. Xylanh được lấp đầy đến 1/3 dung tích bằng bùn hoặc bùn giàu chất hữu cơ.

Sau đó, xenlulo và bất kỳ chất hữu cơ nào khác được thêm vào, chúng sẽ đóng vai trò như một nguồn cacbon hữu cơ. Là một nguồn cung cấp lưu huỳnh, canxi sulfat được thêm vào và canxi cacbonat được thêm vào để duy trì sự cân bằng pH. Cột được hoàn thành bằng nước từ sông, hồ, giếng, v.v.

Sau đó thiết bị phải được ủ chín hoặc ủ dưới ánh sáng mặt trời hoặc ánh sáng nhân tạo trong thời gian từ vài tuần đến vài tháng. Sau thời gian đó, cột sống ổn định và các vi mô ổn định được thiết lập. Trong mỗi vi sinh vật cụ thể microhabitat sẽ phát triển theo yêu cầu riêng của chúng.

Điều gì xảy ra ở cột sống?

Các vi sinh vật đầu tiên cư trú trong cột sẽ bắt đầu sử dụng các phần tử của cột và giải phóng khí và các chất khác sẽ kìm hãm hoặc tạo điều kiện cho sự phát triển của các loài khác.

Khi thời gian trôi qua, hoạt động của vi sinh vật và các quá trình phi sinh học sẽ tạo ra các gradient hóa học và môi trường dọc theo cột. Nhờ đó, các hốc khác nhau sẽ được tạo ra để vi sinh vật phát triển.

Bằng cách để cột này trưởng thành hoặc ủ dưới ánh sáng mặt trời hoặc ánh sáng nhân tạo trong vài tuần hoặc vài tháng, các gradient oxy và sulfua được hình thành.

Điều này cho phép phát triển một hệ sinh thái vi sinh vật có cấu trúc với nhiều loại vi sinh vật khác nhau. Bằng cách này, tất cả các quá trình cho phép duy trì các chu trình dinh dưỡng diễn ra trong cột.

Khu vực phía trên của cột tiếp xúc với không khí sẽ giàu oxy nhất sẽ khuếch tán từ từ xuống phía dưới.

Song song đó, các sản phẩm được tạo ra ở phần dưới của cột, một sản phẩm của sự phân hủy xenlulo và hydro sunfua, sẽ khuếch tán lên trên theo chiều thẳng đứng.

Phân vùng của cột Winogradsky

Khu yếm khí

Việc tạo ra và khuếch tán các chất chuyển hóa của vi sinh vật, do các độ dốc hóa học khác nhau, bắt nguồn sự phân bố của các nhóm sinh vật theo yêu cầu của chúng.

Sự phân bố này tương tự như sự phân bố được thiết lập trong tự nhiên. Bằng cách này, cột Winogradsky mô phỏng sự phân bố của vi sinh vật theo chiều thẳng đứng được tìm thấy trong các hồ, đầm phá và những nơi khác.

Phần dưới của cột hoàn toàn không có oxy và thay vào đó là nhiều hydro sulfua. Trong khu vực này, các vi khuẩn kỵ khí như Clostridium phân hủy cellulose. Sản phẩm của quá trình phân hủy axit hữu cơ, rượu và hydro này thu được.

Các chất chuyển hóa do Clostridium tạo ra dùng làm chất nền cho các loài khử sulfat, ví dụ như Desulfovibrio. Đến lượt mình, những chất này sử dụng sunfat hoặc các dạng khác của lưu huỳnh bị oxy hóa một phần.

Là sản phẩm cuối cùng, chúng giải phóng hydro sulfua và là nguyên nhân gây ra nồng độ cao của khí này ở chân cột.

Sự hiện diện của vi khuẩn khử sunfat trên cột được thể hiện dưới dạng các vùng tối ở chân cột. Phía trên dải cơ bản, hai dải nông xuất hiện, với các loài sử dụng hydro sulfua được tạo ra ở dải dưới. Hai dải này do vi khuẩn quang hợp kỵ khí chi phối.

Vùng cơ bản nhất của các dải này chứa vi khuẩn lưu huỳnh màu xanh lá cây (Chlorobium). Dải tiếp theo bị chi phối bởi vi khuẩn lưu huỳnh màu tía thuộc chi Chromatium. Gần các dải này, vi khuẩn làm giảm sắt xuất hiện, chẳng hạn như Gallionella, Bacillus hoặc Pseudomonas.

Vi khuẩn lục lưu huỳnh (Chlorobiaceae) ở đáy cột Winogradsky. Ảnh từ: kOchstudiO, Mikrobiologie Praktikum Universität Kassel März 2007. Chụp và chỉnh sửa từ: https://es.m.wikipedia.org/wiki/Archivo:Green_d_winogradsky.jpg.

Khu hiếu khí

Lên trên cột một chút nữa, oxy bắt đầu xuất hiện, nhưng ở nồng độ rất thấp. Khu vực này được gọi là microaerophilic.

Tại đây, các vi khuẩn như Rhodospirillum và Rhodopseudomonas tận dụng nguồn oxy khan hiếm sẵn có. Hydrogen sulfide ức chế sự phát triển của các vi khuẩn microaerophilic này.

Vùng hiếu khí được chia thành hai lớp:

• Cơ bản nhất trong số chúng, được thể hiện bằng giao diện bùn-nước.
• Khu vực ngoài cùng được tạo thành từ cột nước.

Vi khuẩn thuộc các chi như Beggiatoa và Thiothrix phát triển ở giao diện bùn-nước. Những vi khuẩn này có thể oxy hóa lưu huỳnh từ các lớp bên dưới.

Về phần mình, cột nước là nơi cư trú của rất nhiều sinh vật đa dạng, bao gồm vi khuẩn lam, nấm và tảo cát.

Các ứng dụng

-Cột củainogradsky có nhiều cách sử dụng khác nhau, trong đó thường xuyên nhất là:

-Khám phá sự đa dạng trao đổi chất của vi sinh vật.

-Nghiên cứu diễn thế sinh thái.

-Tăng cường hoặc phân lập vi khuẩn mới.

-Kiểm tra khắc phục.

-Sản xuất hiđro sinh học.

-Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố môi trường đến cấu trúc và động thái quần xã vi sinh vật và các thực khuẩn liên kết.

Người giới thiệu

1. DC Anderson, RV Hairston (1999). Cột Winogradsky & màng sinh học: các mô hình dạy về chu trình và sự liên tiếp dinh dưỡng trong hệ sinh thái. Giáo viên Sinh học người Mỹ.
2. DJ Esteban, B. Hysa, C. Bartow-McKenney (2015). Sự phân bố theo thời gian và không gian của cộng đồng vi sinh vật cột Winogradsky. PLOS MỘT.
3. JP López (2008). Cột Winogradsky. Một ví dụ về vi sinh cơ bản trong phòng thí nghiệm giáo dục trung học. Tạp chí Eureka về Giảng dạy và Phổ biến Khoa học.
4. Sergei Winogradsky. Trên Wikipedia. Khôi phục từ en.wikipedia.org.
5. ML de Sousa, PB de Moraes, PRM Lopes, RN Montagnolli, DF de Angelis, ED Bidoia (2012). Thuốc nhuộm dệt được xử lý quang điện tử và theo dõi bằng cột Winogradsky. Khoa học Kỹ thuật Môi trường.
6. Chuyên mục Winogradsky. Trên Wikipedia. Khôi phục từ en.wikipedia.org.