Izolacija anaerobnih fototrofnih bakterija u stupcu po Vinogradskom
Anaerobne fototrofne bakterije uključuju purpurne i zelene sumporne bakterije. Sadrže pigment bakterioklorofil koji je po sastavu sličan biljnom klorofilu. Koriste uglavnom sulfid (foto-lito-autotrofi) te neke organske kiseline (foto-organo-autotrofi) kao davatelj elektrona za redukciju ugljikova dioksida a uz sunčevu svjetlost kao izvor energije. Anaerobne fototrofne bakterije prisutne su u muljevima i vodama, gdje je stupac vode miran dugo vremena i izložen sunčevu svjetlu. U takvu okolišu procesima fermentacije nastaju sulfidi i organske kiseline esencijalne za njihov razvoj.
Purpurne sumporne bakterije
Bakterije su iz ove skupine Gram-negativne, ravni ili malo zavinuti štapići, pokretnim polarnim bičevima. Boje u različitih rodova variraju od narančastosmeđe do smeđe, smeđecrvene do roza, te purpurnocrvene do purpurnoljubičaste. Različitost boja potječe od vezanja bakterioklorofila a s različitim prisutnim karotenoidima. Sve vrste sadrže intracelularno elementarni sumpor u obliku kuglica, koji se formira u prisutnosti sulfida i svjetlosti. Neke su vrste sposobne fiksirati dušik. Sulfidi su nužni kao davatelji elektrona za metabolizam. Tipičan je predstavnik purpurnih sumpornih bakterija rod Chromatium, s optimumom temperature 20-35°C i pH 6,8-7,5.
Zelene sumporne bakterije
Bakterije iz ove skupine su Gram-negativne, sferične do štapićaste ili zavinuti štapići. Stanice se mogu grupirati u lance kao u streptokoka. Neke su pokretne puzanjem, a neke nepokretne. Boja im može biti zelena do smeđa. Od pigmenata sadrže bakterioklorofil a c, d ili e te karotenoide. Tijekom oksidacije sulfida sumporne se kuglice izlučuju iz stanice i ne zadržavaju se u stanici, a konačni je produkt oksidacije sulfat. Neke mogu koristiti tiosulfate. Mnoge su miksotrofne, što znači da mogu asimilirati i jednostavne organske spojeve. Tipičan je predstavnik zelenih sumpornih bakterija rod Chlorobium s optimumom temperature 20-35°C i pH 6,8-7,0.
Stupac po Vinogradskom
Mali ekosustav podoban za razvoj anaerobnih fototrofnih bakterija može se razviti u stupcu po Vinogradskom (slika 95). Stupac po Vinogradskom postavlja se u menzuri koja sadrži mulj, vodu, celulozu, sulfate, fosfate i karbonate. Menzura se drži u mraku oko dva tjedna i potom izloži svjetlosti. Tijekom inkubacije u menzuri će se razviti gradijent redoks potencijala i dostupnosti kisika, koji raste od dna menzure prema njenom vrhu. Na dnu menzure u anaerobnim uvjetima celulozu će fermentirati bakterije roda Clostridium. Produkte fermentacije i sulfate upotrijebit će sulfat reducirajuće bakterije (Desulfovibrio) te će nastajati H2S, koji će difundirati u gornje slojeve. Vrste zelenih sumpornih bakterija stvorit će zelenkasti idući sloj. Naredni sloj će biti obojen purpurno zbog prisutnosti purpurnih sumpornih bakterija. U mikroaerofilnim uvjetima u menzuri razvit će se druge fototrofne bakterije kao što je rod Rhodospirillum. U vršnom sloju bit će prisutne aerobne bakterije roda Thiobacillus i sumporne bakterije roda Beggiatoa.
Glavne kemijske reakcije koje se odvijaju u pojedinim zonama stupca po Vinogradskom (od crne zone na dnu do smeđe površinske zone):
- Smeđa zona: H2S → S°, CO2 → CH2O, CH2O → CO2 + H2
- Rđavo obojena zona: CH2O → H2, CO2 → CH2O
- Purpurna zona: H2S → S°, CO2 → CH2O
- Zelena zona: H2S → S°, CO2 → CH2O
- Crna zona: SO42− → H2S, CH2O → CO2, CH2O → CO2 + H2
