Bestemmelse af afregning satsen af ler/cyanobakteriel Floccules
Summary
Interaktion og sedimentation af ler og bakterieceller inden for marine realm, observeret i naturlige miljøer kan undersøges bedst i et kontrolleret laboratoriemiljø. Her beskriver vi en detaljeret protokol, som skitserer en roman metode til måling af blodsænkning af ler og cyanobakteriel floccules.
Abstract
Mekanismerne bag aflejring af finkornet, drøftes økologisk-rige sedimenter stadig i vid udstrækning. Specifikt, undersøgt virkningen af samspillet mellem ler partikler og reaktiv, planktoniske cyanobakteriel celler til den sedimentære post under. Denne interaktion er en potentielt stor bidragyder til skifer depositional modeller. I et laboratorium indstilling, kan flokkulering og sedimentation satserne for disse materialer undersøges og målt i et kontrolleret miljø. Vi detalje her, en protokol til måling af blodsænkning cyanobakteriel/ler blandinger. Denne metode er påvist gennem beskrivelsen af to prøve eksperimenter: først bruger kaolin (en dehydreret form af kaolinit) og Synechococcus sp. PCC 7002 (en marine coccoid cyanobakterier), og andet bruger kaolin og Synechocystis sp. PCC 6803 (en ferskvands coccoid cyanobakterier). Cyanobakteriel kulturer blandes med varierende mængder af ler i en specialdesignet tank apparater optimeret til at give mulighed for kontinuerlig, real-time video og fotografiske optagelse. Prøveudtagningsprocedurer er detaljeret samt en post samling protokol til præcis måling af klorofyl en hvorfra koncentrationen af cyanobakteriel celler i suspension kan bestemmes. Gennem eksperimentelle replikering opbygges en profil der viser sænkningsreaktion.
Introduction
Ved hjælp af nuværende miljømæssige forhold og processer til at udlede forbi depositional mekanismer har længe været en understøttelse af sedimentology. Mens moderne depositional analoger, såsom Sortehavet, har været brugt til at forstå aflejring af økologisk-rige, finkornet indskud, har laboratorieforsøg potentiale til at kaste yderligere lys over oprindelsen af skifer indskud. En er undersøgelse i tilblivelsen af sort skifer deposition sats og mekanisme af oprindelige dannelse. Traditionelt, det har været en hypotese at sort skifer dannet i miljøer hvor blodsænkning, primære produktivitet og organisk stof respiration satser fremme bevarelsen af organisk stof i sediment1,2 ,3. Men rollen som cyanobakteriel og ler flokkulering er stort set forblevet uovervejet. Denne mekanisme af flokkulering giver mulighed for hurtig aflejring af økologisk-rige, finkornet sedimenter at forekomme, og kræver ikke lav-oxygen. I betragtning af denne præmis, denne protokol har to mål: 1) måle cyanobakteriel/ler floccules blodsænkning, og 2) visualisere sedimentering proces i realtid. Denne metode, ud over geokemiske analyser, er blevet brugt til at påvise, at cyanobakteriel/ler flokkulering kan faktisk være en vigtig mekanisme til skifer dannelse1. Mens oprindeligt tiltænkt modellering skifer deposition, kan denne metode anvendes til andre discipliner som biologi og miljøskader hvor ler input indflydelse på bakteriel metabolisme og befolkningen skal måles.
Talrige undersøgelser har været udført for at observere flokkulering cyanobakterier og ler, til afbøde skadelige algeopblomstringer2,3,4,5,6,7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 1 2. mens måling celle koncentration over tid, disse undersøgelser har ikke anvendes dog cyanobakterier/ler flokkulering modellering aflejring af posten rock. Som sådan, mangler disse undersøgelser en visuel komponent, som kan være kritisk, når modellering forbi sedimentological processer. Derudover flertal af undersøgelser udnytte celle-optælling (fx Pan mfl. 11), som kan være besværligt. Vores metode, med de seneste fremskridt i måling cyanobakteriel flokkulering, bestemmer ændringerne i cyanobakteriel celle koncentrationen ved at måle klorofyl en (Chl en) på diskret tidsintervaller. Parring Chl en måling med visuelle data er en ny tilgang, som kan bruges til at udlede depositional betingelser. Billederne genereres kan også bruges til at beregne blodsænkning efter arbejde fra Du mfl. 13. en kombination af visuelle og numeriske data styrker pålideligheden af resultaterne. Desuden skitsere vi tillægsprotokoller giver mulighed for sedimentation af døde biomasse og ler skal også overholdes. Dette er vigtigt, når man overvejer forbi sedimentological miljøer, hvor levende og døde biomasse kan være co opstået. Forskelle i opførsel af døde biomasse under flokkulering (eksempelvis fald i flokkulering sats) ville potentielt har sedimentological konsekvenser.
Protocol
Representative Results
Discussion
Flokkulering katalyseret af cyanobakteriel celle-ler interaktion har tiltrukket sig stor interesse inden for økologi og engineering2,3,4,5,6,7 ,8,9,10,11,12…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Forfatterne anerkender taknemmeligt støtte fra Natural Sciences og Engineering Research Council of Canada (05448, 165831 og 213411).
Materials
| cyanobacteria (in this study: Synechococcus sp. PCC 7002 and Synechocystis sp. PCC 6803) | Pasteur Culture Collection | PCC 7002 or PCC 6803 | used to inoculate the plates |
| agar | Thermo Scientific | CM0003 | used to fill two petri dishes |
| Petri plates (standard bacteriology, 100 x 15 mm) | Sarstedt | 82.1473.001 | 2 required |
| 1 L heat resistant Erlenmeyer flask | Pyrex | 4980-125 | 1 required |
| 250 mL heat resistant Erlenmeyer flask | Pyrex | 4980-250 | 1 required |
| Nichrome inoculating loop with handle | Fisher Scientific | 14-956-103 | 1 required |
| tinfoil | Reynolds Wrap Aluminum Foil | 89079-067 | 50 cm required; used to cover foam stopper and neck of erlenmeyer flasks |
| growth media (e.g. A+) | 1050 mL required; produced using composition described in tables 1-4 | ||
| Bunsen Burner | Fisher Scientific | S95941 | 1 required |
| plastic tubing | Fisher Scientific | S504591 | 1 m required; used to create the bubbling apparatus |
| sponge stopper | Jaece Industries Inc | 14-127-40E | 1 required; hole made in center for pipette; used for constructin the bubbling apparatus |
| acrylic sheet | Home Depot | Optix clear acrylic sheet model # MC-102S | 1 required; used to construct acrylic tank (20 x 30 x 5.1 cm) |
| clear waterproof silicone adhesive | Home Depot | Loctite clear silicone model # 908570 | 1 required; used to construct acrylic tank (20 x 30 x 5.1 cm) |
| camera or video recorder | Panasonic | HC-V770 HD camcorder | 1 required |
| tripod | Magnus | VT-300 | 1 required |
| black cloth | primomart | EAN 0726670162199; Part number 680254blacknappedfr | 1 required; duvetyne light block-out cloth; approximatly 152 x 213 cm to cover tank experiment |
| heat resistant serological pipet | corning incorporated C708510 | 13-671-101G | 1 required; used to create the bubbling apparatus |
| sample vials | Dynalon | S30467 | at least 12 (will vary with time interval chosen) |
| heat resistant glass pipette | Fisher Scientific | Corning Incorporated C708510, 13-671-101G | 1 required; used to create the bubbling apparatus; Polystyrene serological pipet would also work, but should be connected to the tubing and stopper after the rest of the apparatus is autoclaved. |
| microcentrifuge | Eppendorf | 22 62 120-3 | 1 required;Comparable products may be used if capable of centrifuging 1.5 -2 mL microfuge tubes at 13,000 x g |
| vortex machine (Vortex-Genie 2) | Scientific Industries, Inc | SI-0236 | 1 required |
| 100% methanol | Fisher Scientific | A412-500 SDS | at least 12 mL (1mL per sample) required; Caution: Flammable, toxic. Wear gloves and safety glasses. Do not use or store near ignition source. Alternate sources may be used. |
| cuvettes (1.6 mL, polystyrene) | Sarstedt | 67.742 | at least 12 required |
| spectrophotometer | Fisher Scientific | 222-271600 | 1 required; Pharmacia Biotech Novaspec ll could also be used. |
| light bulbs | Home Depot | model # 451807; internet #205477895; store SKU #1001061538 | 6-8 bulbs required to provide light for the tank experiments |
| pipette (Pipetman Classic P1000 | Gilson | F123602 | used to collect samples |
| 37 % Hydrochloric acid | Sigma-Aldrich | 258148 | Caution: Corrosive and toxic. Wear lab coat, safety glasses and acid-resistant gloves while using. Prepared to 4 N before use by dilution into deionized water in a chemical fumehood. |
| Foam stopper (small) | Canlab | T 1385 | |
| Foam stopper (large) | Canlab | T 1387 | Requires some intact stoppers and some with a single hole through the centre |
| 30 °C incubator/growth room with continuous illumination | 1 required | ||
| 70 % Ethanol | Fisher Scientific | BP8201500 | 30 mL required;Caution: Toxic and flammable. Wear lab coat and safety glasses |
| hydrophobic air filter (Midisart 2000, 0.2 µm) | Sartorius | 17805 | 1 required |
| clay (e.g. kaolin) | Fisher Scientific | MFCD00062311 | at least 50 g required |
| microfuge tubes (2 mL, polypropylene) | Sarstedt | 72.695.500 | Comparable products may be used. At least 12 (will vary with time interval chosen) |
| 1000 µL pipet tips | Sarstedt | 70.762 | 1 required |
References
- Macquaker, H. S., Keller, M. A., Davies, S. J. Algal blooms and “marine snow”: mechanisms that enhance preservation of organic carbon in ancient fine-grained sediments. J. Sediment. Res. 80, 934-942 (2010).
- Tyson, R. V. Sedimentation rate, dilution, preservation and total organic carbon: some results of a modeling study. Org. Geochem. 32, 333-339 (2001).
- Piper, D. Z., Calvert, S. E. A marine biogeochemical perspective on black shale deposition. Earth-Sci. Rev. 95, 63-96 (2009).
- Sengco, M. R., Li, A. S., Tugend, K., Kulis, D., Anderson, D. M. Removal of red- and brown-tide cells using clay flocculation I. Laboratory culture experiments with Gymnodiniumbreve and Aureococcus anophagefferens. Mar. Ecol. Prog. Ser. 210, 41-53 (2001).
- Guenther, M., Bozelli, R. Factors influencing algae-clay aggregation. Hydrobiologia. 523, 217-223 (2004).
- Archambault, M. -. C., Grant, J., Bricelj, V. M. Removal efficiency of the dinoflagellate Heterocapsa triquetra by phosphatic clay and implications for the mitigation of harmful algal blooms. Mar. Ecol. Prog. Ser. 253, 97-109 (2003).
- Beaulieu, S. E., Sengco, M. R., Anderson, D. M. Using clay to control harmful algal blooms: deposition and resuspension of clay/algal flocs. Harmful Algae. 4, 123-138 (2005).
- de Magalhães, L., Noyma, N., Furtado, L., Mucci, M., van Oosterhout, F., Husza, V., Marinho, M., Lürling, M. Efficacy of coagulants and ballast compounds in removal of cyanobacteria (Microcystis) from water of the tropical lagoon Jacarepaguá (Rio de Janeiro, Brazil). Estuaries and Coasts. 40, 121-133 (2017).
- Li, L., Pan, G. A universal method for flocculating harmful algal blooms in marine and fresh waters using modified sand. Environ. Sci. Tech. 47, 4555-4562 (2013).
- Miranda, M., Noyma, N., Pacheco, F. S., de Magalhães, L., Pinto, E., Santos, S., Soares, M., Huszar, V., Lürling, M., Marinho, M. The efficiency of combined coagulant and ballast to remove harmful cyanobacterial blooms in a tropical shallow system. Harmful Algae. 65, 27-39 (2017).
- Pan, G., Chen, J., Anderson, D. Modified local sands for the mitigation of harmful algal blooms. Harmful Algae. 10, 381-387 (2011).
- Shi, W., Tan, W., Wang, L., Pan, G. Removal of Microcystis aeruginosa using cationic starch modified soils. Water Research. 97, 19-25 (2016).
- Du, J., Pushkarova, R. A., Smart, R. A cryo-SEM study of aggregate and floc structure changes during clay settling and raking processes. Int. J. Miner. Process. 93, 66-72 (2009).
- Stevens, S. E., Porter, R. D. Transformation in Agmenellum quadruplicatum. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 77, 6052-6056 (1980).
- Owttrim, G. W. RNA helicases in cyanobacteria: biochemical and molecular approaches. Methods Enzymol. 511, 385-403 (2012).
- Rippka, R., Deruelles, J., Waterbury, J. B., Herdman, M., Stanier, R. Y. Generic Assignments, Strain Histories and Properties of Pure Cultures of Cyanobacteria. Microbiology. 111, 1-61 (1979).
- Chamot, D., Owttrim, G. W. Regulation of cold shock-induced RNA helicase gene expression in the cyanobacterium Anabaena sp. strain PCC 7120. J. Bacteriol. 182, 1251-1256 (2000).
- Sutherland, B. R., Barrett, K. J., Gingras, M. K. Clay settling in fresh and salt water. Environ. Fluid Mech. 15, 147-160 (2014).
- Porra, R. J., Thompson, W. A., Kriedemann, P. E. Determination of accurate extinction coefficients and simultaneous equations for assaying chlorophylls a and b extracted with four different solvents: verification of the concentration of chlorophyll standards by atomic absorption spectroscopy. Biochim. Biophys. Acta. 975, 384-394 (1989).
- Liu, Y. X., Alessi, D. S., Owttrim, G. W., Petrash, D. E., Mloszewska, A. M., Lalonde, S. V., Martinez, R. E., Zhou, Q. X., Konhauser, K. O. Cell surface reactivity of Synechococcus sp. PCC 7002: implications for metal sorption from seawater. Geochim. Cosmochim. Acta. 169, 30-44 (2015).
- Playter, T., Konhauser, K., Owttrim, G., Hodgson, C., Warchola, T., Mloszewska, A. M., Sutherland, B., Bekker, A., Zonneveld, J. -. P., Pemberton, S. G., Gingras, M. Microbe-clay interactions as a mechanism for the preservation of organic matter and trace metal biosignatures in black shales. Chem Geol. 459, 75-90 (2017).
- Verspagen, J. M. H., Visser, P. M., Huisman, J. Aggregation with clay causes sedimentation of the buoyant cyanobacteria Microcystis spp. Aquat. Microb. Ecol. 44, 165-174 (2006).
- Avnimelech, Y., Troeger, B. W., Reed, L. W. Mutual flocculation of algae and clay: evidence and implications. Science. 216, 63-65 (1982).
- Chen, L., Men, X., Ma, M., Li, P., Jiao, Q., Lu, S. Polysaccharide release by Aphanothece halophytica inhibits cyanobacteria/clay flocculation. J. Phycol. 46, 417-423 (2010).
- Pan, G., Zhang, M. -. M., Chen, H., Zou, H., Yan, H. Removal of cyanobacterial blooms in Taihu Lake using local soils. I. Equilibrium and kinetic screening on the flocculation of Microcystis aeruginosa using commercially available clays and minerals. Environ. Poll. 141, 195-200 (2006).
