Anlegen und Pflege von Diatomeen-Kulturen

Anlegen der Kulturen

Da mein Interesse vor allem der Bewegung der Diatomeen gilt, beschränke ich mich bei der Kultivierung mit wenigen Ausnahmen auf benthische pennate (bilateralsymmetrische) Diatomeen.

Am Anfang steht das Sammeln von Proben. Zum Glück findet man in praktisch allen Gewässern Diatomeen. Es genügt, ein kleines Steinchen oder Pflanzenteile in einem Probenbehälter mit Fundortwasser zu legen und diese später zu Hause zu untersuchen. Dazu kann man die Probe in eine mit Fundortwasser gefüllte Petrischale halten und vorsichtig mit einem weichen Pinsel die Diatomeen abbürsten.

Man wird dabei nicht nur Diatomeen in die Schale spülen, sondern auch Flagellaten, Ciliaten, Rädertierchen, Amöben oder einzellige Grünalgen. Es finden sich zumeist auch Sandkörner, Partikel der Probe und organischer Detritus in der Petrischale. Nach kurzer Zeit sind die Diatomeen sedimentiert und gut erkennbar. Das Video oben links gibt einen Eindruck von einer reichhaltigen Probe aus einem nahe gelegenen kleinen See (Ebnisee).

Es empfiehlt sich, die Probe zunächst mit geringer Vergrößerung zu untersuchen. Dazu kann man gut ein inverses Mikroskop oder ein Stereomikroskop verwenden. Diatomeen, die man gerne kultivieren möchte, entfernt man mit einer Pipette aus der Petrischale und überführt sie in ein vorbereitetes Kulturgefäß mit Nährlösung, etwa eine Petrischale oder ein Kulturröhrchen. Enthält die Probe andere Organismen in hoher Konzentration, dann empfiehlt es sich, die Diatomeen zu waschen, indem man sie erst in ein Zwischenbad (Tropfen Nährlösung auf Objektträger) überführt und erst im nächsten Schritt in das Kulturgefäß.

Da nur ein Teil der entnommenen Spezies sich vermehren dürfte, ist es zweckmäßig, verschiedene Arten zusammen in eine Petrischale zu setzen. 

Diese erste Rohkultur sollte man schon nach wenigen Tagen auf Vermehrung ihrer Bewohner prüfen. Sehr leicht finden sich darin unerwünschte Organismen, die sich weit schneller vermehren als die, auf die man es abgesehen hat. Einzellige Grünalgen oder kleine Arten von Diatomeen (zum Beispiel Nitzschia) können sich in wenigen Tagen so stark vermehren, dass eine Isolation der gewünschten Diatomeen schwierig wird. Hier muss man schnell handeln und die gewünschten Diatomeen in ein neues Kulturgefäß überführen. Bei starker Verunreinigung ist es erforderlich, die Diatomeen in Zwischenbädern zu waschen. Das ist jedoch nicht immer erfolgreich, denn an den oft klebrigen Oberflächen von Diatomeen haften zum Beispiel einzellige Grünalgen sehr gut. Es empfiehlt sich die parallele Anlage mehrerer Kulturen, die mit einer oder wenigen Diatomeen beimpft werden.

Im Video links (180-facher Zeitraffer) sieht man ein Beispiel für eine Kontamination. Es ist die erste Kultur aus einer Probe mit verschiedenen Pinnularia, in die unbeabsichtigt Diatomeen der Gattung Fragilaria und Flagellaten geraten sind. Beispiele von Kontaminationen mit epiphytischen Diatomeen und mit Amöben sehen Sie bei Anklicken der Links in diesem Satz.

Zeichnet sich eine Vermehrung bei einer Art oder mehrerer Arten ab, so bringt man die Wunschkandidaten artenrein in die nächste Kulturschale. Startet man eine neue Kultur mit einer einzelnen Diatomee so entsteht eine klonale Kultur. Das Risiko, dass diese Kultur sich nicht entwickelt, ist deutlich höher als bei Kulturen, die mit mehreren Diatomeen gestartet werden.

Temperatur

Die von uns kultivierten Spezies stammen aus heimischen mitteleuropäischen Gewässern. Sie gedeihen gut bei Zimmertemperatur. Falls man beabsichtigt, Diatomeen aus arktischen Regionen zu kultivieren, muss sie bei niedrigeren Temperaturen halten.

Entwicklung des Wachstums

Einzelkulturen (Batch-Kulturen) von Diatomeen durchlaufen die typischen Phasen, die man auch von anderen Mikroorganismen kennt.

Nach einer Anlaufphase (Latenzphase, Lagphase) ohne Vermehrung folgt exponentielles Wachstum. Mit dem Erschöpfen von Ressourcen (insbesondere Nährstoffe und Kohlendioxid) geht diese in die stationäre Phase über. Hier findet keine Vermehrung statt. Schließlich setzt die Absterbephase ein.

Die zeitliche Dauer der Phasen ist stark von der Spezies und den Umweltbedingungen abhängig. Während manche kleine Nitzschia-Arten bereits nach zwei Wochen den Zyklus durchlaufen haben, können manche Rhopalodia- oder Pinnularia-Arten etliche Monate erfolgreich in einer kleinen Petrischale bei moderatem Licht gehalten werden. Einige Diatomeenarten zeigen eine stabile Phase über Wochen ohne auffällige Zellteilungen oder Absterben.

Beobachtung der Kulturen

Die Kulturen sollten regelmäßig kontrolliert werden. Eine wöchentliche Durchsicht hat sich bei mir bewährt. Dabei kann man feststellen, ob sie geeignet für eine Entnahme von Diatomeen zur Beobachtung oder zum „Umtopfen" sind. Negative Entwicklungen wie schnelles Absterben oder ein Überhandnehmen von Bakterien verpasst man nicht.

Sobald man nicht nur ein paar Kulturen pflegt, ist es wichtig, die Übersicht zu behalten. Kulturgefäße müssen zur Identifikation beschriftet werden, etwa mit einer fortlaufenden Nummer. Als zeitgemäßes Laborbuch kann man eine Tabelle (z. B. MS-Excel) oder eine Datenbank verwenden. Mit jeder neuen Kultur wird ein Eintrag angelegt, der mit jeder Durchsicht gepflegt und ergänzt wird. Zu Beginn sollten zumindest folgende Daten enthalten sein:

• Datum, an dem die Kultur angelegt wurde
• Die Gattung oder Spezies, soweit sie bekannt ist
• Die Kultur, aus der sie erzeugt wurde, sofern sie nicht frisch aus einer Probe angelegt wurde
• Angaben zum verwendeten Nährmedium (Art, Konzentration, pH-Wert)
• Umweltbedingungen wie Lichtquelle und Lichtstärke

Bei den Durchsichten kann man die Angaben etwa ergänzen um:

• Termin der letzten Kontrolle
• Entwicklungsphase (z. B. exponentielles Wachstum)
• Grobe Einschätzung der Dichte der Diatomeen (z. B. „gut entwickelt“)
• Erkennbare Verunreinigungen mit anderen Organismen
• Entnahmen von Diatomeen zur Beobachtung, sofern das relevant ist
• Beobachtungen, wie etwa das Ablösen eines Biofilms
• Wird eine Kultur entsorgt, so empfiehlt es sich, das zugehörige Datum einzutragen.

Zum Schluss sollen ein paar Tipps gegeben werden:

• Da sich nicht jede Kultur erfolgreich entwickelt, empfiehlt es sich, Kulturen parallel anzulegen. Dabei können Nährmedium und Umweltbedingungen variiert werden.
• Will man eine Spezies längere Zeit erhalten, so muss man lebende Diatomeen in ein neues Kulturgefäß überführen. Es empfiehlt sich, damit nicht zu lange zu warten, sondern Diatomeen zu entnehmen, wenn die Kultur ein gutes Erscheinungsbild zeigt.
• Kulturgefäße sollten außer bei Entnahmen geschlossen gehalten werden. Dies schützt vor Verunreinigungen.
• Pipetten können wiederverwendet werden, wenn sie gereinigt wurden. Meist genügt es, sie mit heißem destilliertem Wasser durchzuspülen.

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