מנגנון רב שכבתי אולטרה נקי של איסוף פלנקטון ימית גודל Fractionated וחלקיקים מושעה
Summary
פלנקטון וחלקיקים מושעה לשחק תפקיד מרכזי המעגלים הביוגיאוכימיים באוקיינוס. כאן, אנו מספקים שיטה אולטרה נקי, נמוך מתח עבור האוסף בגדלים שונים של חלקיקים פלנקטון בים עם יכולת לטפל בכמויות גדולות של מי ים.
Abstract
חלוקות של יסודות קורט רבים באוקיינוס משויכים מאוד הצמיחה, מוות, ואת re-mineralization של פלנקטון ימית ואלו של חלקיקים מושעה/שוקע. כאן, אנו מציגים כל פלסטיק (פוליפרופילן ופוליקרבונט), רב-שכבתית סינון מערכת איסוף חומר על תנאי (SPM) בים. זה מכשיר דגימה אולטרה נקי כבר שעוצבו ופותחו במיוחד ללימודי יסוד קורט. בחירה קפדנית של כל חומרים מתכתיים וסילוק של הליך זרימה דרך בשורה ממזער כל זיהום מתכת אפשרי במהלך הדגימה. מערכת זו בהצלחה שנבדק ונמצא צבט לקביעת במתכות (למשל, Fe, Al, Mn, תקליטור, Cu, Ni) על חלקיקים בגדלים במימי האוקיינוס החוף ופתוח. תוצאות של ים סין הדרומי בתחנה בדרום מזרח אסיה בזמן-סדרות (מושבים) מצביעים על כך וריאציות ההשתנות היומית, התפוצה המרחבית של פלנקטון באזור euphotic יכול להיות בקלות נפתרה מזוהה. ניתוח כימי של fractionated-גודל החלקיקים במים עיליים של מצרי טאיוואן עולה כי החלקיקים גדול (> 153 מיקרומטר) בעיקר ביולוגית נשאבו, ואילו החלקיקים קטנים (10-63 מיקרומטר) היו מורכבים בעיקר מחומר אורגניים. מלבד תקליטור, ריכוזי מתכות (Fe, Al, Mn, Cu, Ni) ירד עם הגדלת גודל.
Introduction
חלקיקים באוקיינוס לשחק תפקיד חשוב הביוגיאוכימיים ימית1. רוב המאפיינים של חלקיקים, כגון גודל, מינרלוגיה, קומפוזיציה, באפשרותך לשנות עמוקות מהגדרת גיאולוגית או hydrographical אחד עוד2. בנוסף, חלוקות של אלמנטים באוקיינוס קשורים גם עם מחזור החיים של פיטופלנקטון ימית: צמיחה, מוות, שוקע ו- re-mineralization3,4. חלקיקים ימיים span לפחות 4 סדרי גודל בגודלם, ועד כחיוניים חלקיקים אגרגטים גדולים (> 5 מ מ). רוב חלקיקי ביולוגית נגזרות, תהליכים כגון פירוק ויראלי, exudation, הפרשה, גלולה צואה ייצור, וכו ‘. חלקיקים אחרים נוצרות מן קרישה הפיזי של תאים, פסולת הסלולר או חומרים lithogenic1. מאפיינים כימיים וביולוגיים שונים של חלקיקים לשלוט מחזורים גיאוכימיים והן תהליכים ביולוגיים המתרחשים על ובתוך חלקיקים4,5,6. חלקיקים אלה הם בתי גידול חשוב, כמו גם מקורות המזון עבור אורגניזמים מסוימים, כגון זואופלנקטון או saprotrophs. בהתאם לכך, גורלו של חלקיקים לעיתים קרובות קשורה לגודל שלהם, אשר יכול להיות שונה על-ידי תהליכים ביולוגיים סביב חלקיקים.
דגימה חלקיקים ימיים בדרך כלל דורשת סינון, אך גישה זו מציגה של עמימות מסוימת בזיהוי המאפיינים של חלקיקים, כיוון חלקיקים ימיים לא הומוגנית הרכב וגודל. חלקיקים מושעה, מורכב בעיקר חלקיקים קטן ונמוך צפיפות הנמצאים כמעט באופן קבוע ההשעיה, מעורבבים עם כמויות משתנות של חלקיקים גדולים יותר, צפופה ההשעיה רק לתקופה קצרה של זמן, בהתאם לתנאי hydrodynamic 7. דיווחים ראשונים על ההרכב מתכת עקבות של פלנקטון דגימות נאספו tows פלנקטון או השעיית רשתות פלנקטון על כלי מחקר8. המחברים לעתים קרובות למצוא חלקיקי מתכת, שבבי בדגימות, צבע רומז בעיה חמורה של זיהום במהלך חלקיקים ימיים דגימה לניתוח כימי. אחרים מאמצים כוללים נטו גרירה על ידי גומי רפסודות או שימוש על פוליויניל כלוריד (PVC)-יד המנוף3. הקושי של אמינים הדגימה של חלקיקים מקשה התקדמות בהבנתנו ההרכב הכימי של חלקיקים ימיים, במיוחד עבור יסודות קורט. ככזה, הגיע מידע חיוני ביותר על הריכוז של יסודות קורט של פיטופלנקטון תרבות מחקרים9,10. הכרה זו הניעה מדענים ימיים כדי ליצור שיטות חדשות ללימוד חלקיקים בים במשך שלושים השנים האחרונות11.
Oceanographers השתמשו בטכניקות דיגום שונות, כולל סינון בחללית, בחיי עיר סינון, משקעים מלכודות11. העיבוד של כמויות גדולות של מי-ים לאסוף דגימות שאינו נגוע עשויה להיות מאתגרת, במיוחד עבור אוקיינוס הפתוח העמוקים שבו ריכוז החלקיקים נמוכים מאוד (0.001 – 0.1 mg/L). יש גם צורך לסנן כמויות גדולות של מי הים כדי להשיג על כמות נאותה של חלקיקים למדידת ריכוזי מתכות מעקב. יש חוקרים השתמשו בשיטת גודל-fractionation כדי להפריד חלקיקים מושעה חלקיקים שוקעים. עם זאת, גודל החלקיקים, נקבוביות, צפיפות, צורה יכולה כל חלקיק השפעה שוקע המהירויות. משקעים מלכודות אינם כלים מעשיים כדי לאסוף חלקיקי מושעה, שכן אלה מיועדים חלקיקים שוקעים. לכן, חשוב לפתח שיטות דיגום וטיפול יכול לאסוף כמויות מספיקות של חלקיקים מושעה עם זיהום מזערי. לפיכך, גודל-fractionation על-ידי סינון בחיי עיר הוא עדיין מבטיח כלי בארגז דגימה של האוקיינוסים, מאז זה עשוי לחשוף מידע קריטי בדינמיקה של חלקיקים ימיים. כאן, אנו מתארים בהצלחה בדיקות מעקב-מתכת-clean, סינון רב שכבתית הכבידה דגימה המנגנון ניתן לטפל בנפחים גדולים (L 120-240) של מי ים על הסיפון במעבר אחד מ טפלון (PTFE) מצופה דגימה בקבוקי מים מערך דגימה רב בקבוק. מכשיר דגימה זו משתמשת המחומצנים ניילון סינטטי רשתות ברצף, הרשתות מוקפים בתוך גורם מכיל פוליקרבונט לאסוף בעדינות fractionated גודל מושעה ולעדכן פיטופלנקטון12,13, 14,15 (איור 1). מטרת עבודה זו היא לספק כלי טוב יותר ללמוד את השיוכים מתכת-החלקיקים ואת הדינמיקה התגובה שלהם בסביבות ימיות, ולשפר את ההבנה שלנו על גורלם של מגוון רחב של האצה, חלקיקים, במתכות האלו סביבות.
Protocol
Representative Results
Discussion
קבלת מעקב אמין ריכוזים מתכת על פלנקטון וחלקיקים מושעה במים טבעיים, אשר נמצאים בדרך כלל בריכוזים נמוכים מאוד, דורש זהירות רבה במהלך איסוף הדגימה, עיבוד, בשוטף ובשיפוץ, ניתוח, במטרה הפחתת זיהום. לכן, ההליכים כדי לעצב ולהכין ציוד דגימה, דוגמת מכולות וחומרים המשמש לאיסוף, הם דוגמאות תהליך קריטי…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המחברים תודה גברת Pi-Fen לין, מר ווי-לונג תראו את זה, גברת פיי-Hsuan לין, ד ר Jia-לו צ’ואן לסיוע שלהם בתקופת הדגימה שדה, ניתוח מעבדה עבור פיתוח מעשי, יישום של “CATNET”. הסיוע של טכנאי על סיפון ספינת המחקר האוקיינוס מחקר והצוות -I ו- Ocean מחקר-II במהלך משלחות דגימה תרומה חשובה. עבודה זו נתמכה חלקית על ידי משרד המדע טייוואן ומענקים הטכנולוגיה של 91-2611-M-002-007,-009 95-2611-M-002, 96-2611-M-002-004, 97-3114-M-002-006, 104-2611-M-002-019. כתב יד זה נכתב לזכרו של גברת וון-Huei לי עבור שלה עצום מסירות ותרומה מחקרים ימיים בטייוואן.
Materials
| thermoplastic elastomer (C-Flex) Tubings | Cole Palmer | EW-06424-67 | O.D. 0.635 cm, Opaque White 1/8"ID x 1/4"OD, 25 ft/pack |
| LDPE Bottle (Nalgene) | ThermoFisher Scientific | 2103-0004 | 125 mL, Nalgene Wide-Mouth LDPE Bottles with Closure |
| anionic protease enzyme detergent detergent (Tergazyme) | Alconox | 1104-1 | 1×4 lb box (1.8 kg) |
| Hydrochloric Acid | Sigma-Aldrich | 258148 | Reagent grade |
| Nitric acid | Sigma-Aldrich | 695025 | Reagent grade |
| alkaline detergnet (Micro) | Cole Palmer | EW-99999-14 | Micro-90 Cleaning Solution |
| polycarbonate filter, 47 mm, 0.4 µm | Sigma-Aldrich | WHA111107 | Whatman Nuclepore Track-Etched Membranes, diam. 47 mm, pore size 0.4 μm, polycarbonate |
| polycarbonate filter, 47 mm, 10 µm | Sigma-Aldrich | WHA111115 | Whatman Nuclepore Track-Etched Membranes, diam. 47 mm, pore size 10 μm, polycarbonate |
| PFA vessel, 60 ml capacity | Savillex | 300-060-03 | 60 mL Digestion Vessel, Flat Interior, Flat Exterior, Buttress Threaded Top |
| Nitric acid, ultrapure | Seastar Chemicals | N/A | BASELINE Nitric Acid |
| HF, ultrapure | Seastar Chemicals | N/A | BASELINE Hydrofluoric Acid |
| Boric acid, ultrapure | Seastar Chemicals | N/A | BASELINE Hydrobromic Acid |
| polyethylene (PE) gloves | Safty Zone | GDPL-MD-5 | Clear Powder Free Polyethylene Gloves |
| Multiple layer filtering and collecting device | Sino Instrumnets Co. Ltd | not available | Multiple layer filtering and collecting device, CATNET |
| 10 um Nylon filters, Nitex | Dynamic Aqua-Supply Ltd. | NTX 10 | Nitex – Standard Widths (40 – 44 inches) |
| 60 um Nylon filters, Nitex | Dynamic Aqua-Supply Ltd. | NTX 60 | Nitex – Standard Widths (40 – 44 inches) |
| 150 um Nylon filters, Nitex | Dynamic Aqua-Supply Ltd. | NTX 150 | Nitex – Standard Widths (40 – 44 inches) |
| torque wrench | Halfords | 200238 | Halfords Professional Torque Wrench 8-60Nm |
| multi-bottle sampling array, Rosette | General Oceanics | Model 1018 | Rosette Sampler |
| PTFE-coated sampling bottles, GO-Flo | General Oceanics | 108020T | GO-Flo water sampler teflon coated |
| Marine sediment reference materials | National Research Council Canada | MESS-3 | |
| Estuarine sediment standard reference material | National Institute of Standards and Technology | 1646a | |
| Plankton reference material | The European Commission's science and knowledge service | CRM414 |
References
- Jeandel, C., et al. What did we learn about ocean particle dynamics in the GEOSECS-JGOFS era. Progr. Oceanogr. 133, 6-16 (2015).
- Lam, P., et al. Methods for analyzing the concentration and speciation of major and trace elements in marine particles. Progr. Oceanogr. 133, 32-42 (2015).
- Collier, R., Edmond, J. The trace element geochemistry of marine biogenic particulate matter. Progr. Oceanogr. 13, 113-199 (1984).
- Donat, J. R., Bruland, K. W., Steinnes, E., Salbu, B. Trace elements in the oceans. Trace Elements in Natural Waters. , 247-280 (1995).
- Wen, L. -. S., Santschi, P., Tang, D. Interaction between radioactively labeled colloids and natural particles: evidence for colloidal pumping. Geochim. Cosmochim. Ac. 61, 2867-2878 (1997).
- Wen, L. -. S., Warnken, K., Santschi, P. The role of organic carbon, iron, and aluminium oxyhydroxides as trace metal carriers: Comparison between the Trinity River and the Trinity River Estuary (Galveston Bay, Texas). Mar. Chem. 112, 20-37 (2008).
- Hurd, D., Spencer, D. Marine particles: analysis and characterization. American Geophysical Union. , (1991).
- Martin, J. H., Knauer, G. A. The elemental composition of plankton. Geochim. Cosmochim. Ac. 37, 1639-1653 (1973).
- Morel, F., Price, N. M. The biogeochemical cycles of trace metals in the oceans. Science. 300, 944-947 (2003).
- Ho, T. -. Y., et al. The elemental composition of some marine phytoplankton. J. Phycol. 39, 1145-1159 (2003).
- McDonnell, A., et al. The oceanographic toolbox for the collection of sinking and suspended marine particles. Prog. Oceanogr. 133, 17-31 (2015).
- Wen, L. -. S., Li, W. -. H., Zhuang, G. -. Z. . Multiple layer filtering and collecting device. , (2005).
- Ho, T. -. Y., Wen, L. -. S., You, C. -. F., Lee, D. -. C. The trace-metal composition of size fractionated plankton in the South China Sea: biotic versus abiotic sources. Limnol. Oceanogr. 52, 1776-1788 (2007).
- Hsu, R., Liu, J. In-situ estimations of the density and porosity of flocs of varying sizes in a submarine canyon. Mar. Geol. 276, 105-109 (2010).
- Liao, W. -. H., Yang, S. -. C., Ho, T. -. Y. Trace metal composition of size-fractionated plankton in the Western Philippine Sea: the impact of anthropogenic aerosol deposition. Limnol Oceanogr. , (2017).
- Grasshoff, K., Kremling, K., Ehrhardt, M. . Methods of seawater analysis. , (2007).
