Biofilm

Biofilm mit einem Gasbläschen aus Sauerstoff, der sich vom Boden der Petrischale gelöst hat. Dieser Biofilm besteht aus Diatomeen und einem von den Diatomeen ausgepressten Schleim.

 

Nährlösung

Diatomeen lassen sich in Wasser oder auch auf Agar kultivieren. Agar wird häufig für die Rohkultur verwendet, weil die Diatomeen, welche sich darauf vermehrt haben, leicht isoliert werden können. Aus unbekanntem Grund waren wir bei der Kultivierung auf Agar nicht erfolgreich. Für die Beobachtung von Diatomeen im Kulturgefäß ist Wasser vorzuziehen, da mechanische Anordnungen zur Beobachtung in das Kulturgefäß eingesetzt werden können und die Umgebung eher der natürlichen entspricht. Insbesondere gibt es in Wasser keine zusätzliche Hemmung der Bewegung der Diatomeen.

Beim Kultivieren überführt man Diatomeen in eine geeignete Nährlösung. Dieses Medium besteht neben Wasser typischerweise aus diversen Salzen, Vitaminen, Spurenelementen, Phosphat, Nitrat, und Silikat. Für marine Diatomeen sind Meersalze zuzusetzen. Häufig ist in den Rezepten Erdabkochung enthalten, was nach meiner Ansicht auch ein Eingeständnis darstellt, dass man die idealen Bestandteile nicht genau kennt.

 

Beschaffung

Man kann sich Nährlösungen nach klassischen oder modernen Rezepten selbst herstellen. Eine Vielzahl von  Rezepten für Algen im Allgemeinen und Diatomeen im Speziellen, sowohl für Süßwasser als auch Meerwasser findet sich in „Algal Culturing Techniques“ (Robert A. Andersen [Editor], Academic Press). Bequemer ist es, sich im Handel fertige Nährlösungen zu beschaffen. Man erhält sie als sofort einsetzbares Medium, in Form einer Stammlösung oder eines Pulvers.

Da es uns vor allem darauf ankam, einige größere Spezies aus den heimischen Gewässern zu kultivieren, haben wir uns nicht die Mühe gemacht, nach Medien für schwer kultivierbare Diatomeen zu suchen. Für Liebhaber solcher Arten gibt es Rezepte in der Literatur.

Wir verwendAlga-Groen zumeist zwei käufliche Medien, die sich beide bewährt haben:  

Alga-Gro® von Carolina Biological Supply Company (www.carolina.com). In Deutschland wird es von der Tochtergesellschaft Carolina Science GmbH (www.carolina-science.com) vertrieben. Die Zusammensetzung von Alga-Gro wurde nicht veröffentlicht. Silikat für Diatomeen ist enthalten. Alga-Gro ist lieferbar als fertiges steriles Medium oder als steriles Konzentrat (Stammlösung). Will man das Wachstum der kultivierten Diatomeen beschränken, so kann man nach unserer Erfahrung die Konzentration im Vergleich zur Herstellerangabe auf die Hälfte senken.

Densimeter

Cell-hi WP von Varicon Aqua Solutions Ltd (www.variconaqua.com). Es handelt sich um das bekannte Walnes Medium. Cell-Hi WP wird als Pulver („All-in-one powder“) geliefert. Daraus stellt man durch Wasserzugabe entweder eine Stammlösung (Konzentrat) oder das fertige Medium her. Für Diatomeen wird entsprechend der Herstellerangaben Natriummetasilikat zugesetzt.

Varicon Aqua Solutions liefert ebenfalls Cell-hi F2P, das auf dem Guillard F/2 Medium basiert und sich vom Walnes Medium durch andere Mengen der Substanzen unterscheidet. Erste Versuche zeigen, dass bei unseren kultivierten Spezies die Medien nach Walnes und Guillard vergleichbar gut geeignet sind. Es ist jedoch damit zu rechnen, dass sich die Medien insbesondere in Bezug auf ihre Eignung für bestimmte Spezies, die Dauer der Lag-Phase, der erreichten Zelldichte und die Wachstumsgeschwindigkeit unterscheiden. Ein Vergleich der beiden Medien in Bezug auf die Dauer der Lag-Phase, der erreichten Zelldichte und der Wachstumsgeschwindigkeit bei Skeletonema sp. findet sich in Vivi Endar et. al (2012). Bei der untersuchten Alge handelt es sich jedoch nicht um eine Diatomee.

 

Nährlösung für marine Diatomeen

Zur Kultivierung mariner Spezies verwendet man angereichertes Meerwasser. Um die natürliche Umgebung gut zu reproduzieren, ist filtersterilisiertes Meerwasser wünschenswert. Wenn dies nicht zur Verfügung steht, kann man Meersalz zusetzen, das für die Aquaristik angeboten wird.


Salinität

Für eine erfolgreiche Kultivierung muss die Salinität, also die im Wasser gelöste Salzmenge entsprechend an die Verhältnisse am Fundort der Diatomeen angepasst werden. Dazu ist es erforderlich, die Salinität der Nährlösung zu messen, was nach unterschiedlichen Messverfahren erfolgen kann:

  • Messung der Dichte mit dem Aräometer, auch Senkwaage oder Senkspindel genannt (Bild rechts). Hierbei wird die Eintauchtiefe eines Schwimmkörpers gemessen.
  • Bestimmung des Brechungsindex mit dem Refraktometer (siehe unten Bild des Geräts und des Blicks durch das Okular des Refraktometers).
  • Messung der Leitfähigkeit, die proportional zum Salzgehalt des Wassers ist.

 

refraktometer refraktometer skala

 

Wenn man nur geringe Volumina an Nährlösung braucht, ist ein großes (genaues) Aräometer weniger zu empfehlen, weil man für ihn einen Messzylinder mit einem Volumen von ca. 250 ml benötigt. Ein Refraktometer arbeitet mit nur wenigen Tropfen der Nährlösung, was auch die Überwachung der Salinität von Langzeit-Kulturen in kleinen Petrischalen ermöglicht (Anstieg der Salinität durch Verdunstung).

Bei der Messung Salinität ist auf Temperaturabhängigkeit zu achten. Die wenigen Tropfen, die auf ein Refraktometer aufgebracht werden, nehmen schnell die Temperatur des Refraktometers an. Da nicht der Salzgehalt, sondern der Brechungsindex gemessen wird, besitzen viele Refraktometer eine Temperaturkompensation, so dass an der Messskala die Salinität angezeigt werden kann.

Übliche Aräometer besitzen ein eingebautes Thermometer. Zur Umrechnung auf eine Referenztemperatur verwendet man Tabellen.

Auch Leitwertmessgeräte können über eine automatische Temperaturkompensation verfügen. Hierbei wird auf einen Referenzwert von 25° C umgerechnet.

Anmerkung zur Zubereitung des Mediums

  • Carolina empfiehlt, das Medium mit Quellwasser (Carolina Springwater) zu kombinieren. Von destilliertem oder entmineralisiertem Wasser wird abgeraten. Wir verwenden mit Erfolg das (relativ mineralarme) Mineralwasser Volvic®. Entsprechend setzen wir Cell-Hi WP mit Volvic® an, auch wenn dies Einfluss auf die Zusammensetzung des Nährmediums hat.
  • Nach Zubereitung der Nährlösung kann ihr pH-Wert (etwa Erhöhung mit KOH, Absenkung mit HCl) und bei marinen Spezies ihre Salinität angepasst werden.
  • Es empfiehlt sich, die fertige Nährlösung zu filtrieren.
  • Zur Vermeidung von Kontaminationen wird die fertige Nährlösung autoklaviert oder zumindest pasteurisiert. Die Hersteller liefern dazu Empfehlungen.
  • Es ist zweckmäßig, angebrochene Behälter von Nährstoffen kühl, trocken und im Dunklen aufzubewahren.

 

Marine Diatomeen der Spezies Bacillaria paxillifera, die mir dankenswerterweise von Matt P Ashworth (University of TX Austin) zur Verfügung gestellt wurden und aus Florida stammen.


Als Nährlösung diente f/2 nach Walnes mit einer Salinität von 32 ppt.


Die Entnahme lag zum Zeitpunkt der Videoaufnahme bereits 19 Monate zurück, so dass eine starke Verkürzung der apikalen Länge aufgetreten ist.


(4-facher Zeitraffer)

 

Vivi Endar , Sarjito, Johannes Hutabarat and Budi Prayitno, 2012. EFFECT OF USING GUILLARD AND WALNE TECHNICAL CULTURE MEDIA ON GROWTH AND FATTY ACID PROFILES OF MICROALGAE Skeletonema sp. IN MASS CULTURE. Journal of Coastal Development Volume 16, Number 1.

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