Protocol for using autoclaved intertidal sediment as a medium to enrich marine cable bacteria  

利用滅菌潮間帶沉積物富集海洋電纜細菌的操作方案  

來源：STAR Protocols, Volume 3, Article Number 101604, 2022

《STAR 實驗方案》，第3卷，文章編號101604，2022年

 

摘要內容  

摘要描述了利用滅菌天然沉積物富集非可培養的電纜細菌（Cable Bacteria, CB）的標準化操作流程。該方案涵蓋沉積物采集、滅菌處理、玻璃鉤針制備、CB絲狀體提取與接種，以及通過微電極監測沉積物化學剖面驗證CB生長的方法。  

 

研究目的  

建立可重復的實驗室方法，解決電纜細菌（屬于Desulfobulbaceae科）因難培養導致的生物材料獲取難題，支持其導電機制、生態功能及生物修復應用研究。  

 

研究思路  

沉積物采集與處理：選擇含CB的潮間帶沉積物，篩分均質化后滅菌（120°C, 1-2小時）作為培養基質。  

 

工具制備：自制玻璃鉤針用于CB絲狀體提取（圖1）。  

 

CB提取與接種：從培養的自然沉積物中提取CB絲狀體，清洗后接種至滅菌沉積物表層。  

 

培養驗證：通過微電極監測沉積物O?/H?S/pH剖面（特征性化學分帶）和掃描電鏡（SEM）觀察形態特征（縱向脊、車輪狀細胞連接）確認CB富集成功（圖2-4）。  

 

 

 

測量數據及研究意義  

化學剖面數據（圖2）  

 

數據內容：使用丹麥Unisense微電極測量沉積物垂向O?、H?S、pH分布。  

 

研究意義：驗證CB代謝活性——表層pH最大值（O?還原區）、深層pH最小值（H?S氧化區）及亞氧化帶（無O?/H?S）是CB電子跨厘米級傳遞的特征標志。  

形態學數據（圖3, 4）  

 

數據內容：光學顯微鏡（圖3）和掃描電鏡（圖4）觀察富集CB的絲狀結構（縱向脊、車輪狀細胞連接）。  

 

研究意義：直接確認CB生物量增長和形態完整性，為導電纖維研究提供材料。  

沉積物硫化物/鐵數據  

 

數據內容：補充硫化鐵（FeS）維持還原環境。  

 

研究意義：保障CB代謝底物（H?S）供給，解決滅菌導致硫化物損耗問題。  

 

結論  

成功建立富集方法：滅菌沉積物可作為CB生長的有效培養基質，3-6周后形成典型化學分帶（pH極值）和鐵礦物環帶（圖2）。  

 

關鍵技術：自制玻璃鉤針實現CB無損提?。▓D1）；微電極剖面是驗證活性的金標準。  

 

應用價值：為CB導電機制、生態功能及生物材料開發提供可重復的 biomass 獲取方案。  

 

Unisense電極數據的核心意義  

丹麥Unisense微電極系統（O?/H?S/pH）在本研究中發揮三重關鍵作用：  

原位活性監測：毫米級分辨率剖面（圖2）實時反映CB代謝強度——表層O?耗盡區與深層H?S區的pH極值差（ΔpH>1）直接證明電子跨層傳遞效率。  

 

培養優化指導：早期（2周）亞氧化帶形成速度可評估接種效果，指導重復接種。  

 

生態機制闡釋：明確CB通過調控鐵循環（Fe2?上涌→表層Fe3?沉淀環帶）影響沉積物元素循環（如磷固定），為生物修復提供理論依據。