Kil/siyanobakteriyel flakon yerleşme oranı tayini
Summary
Etkileşim ve sedimantasyon kil ve doğal ortamlarında gözlenen deniz bölge içindeki bakteri hücreleri en iyi kontrollü laboratuar ortamında soruşturma olmaktır. Burada, kil ve siyanobakteriyel flakon sedimantasyon oranı ölçmek için bir roman yöntemi özetlendiği ayrıntılı bir protokol açıklayın.
Abstract
İyi ayarlanmış birikimi destek mekanizmaları, hala büyük ölçüde zengin organik çökeller tartışma konusu. Özellikle, kil parçacıkları etkileşim tortul kaydı reaktif, planktonik siyanobakteriyel hücrelere etkisi altında incelenmiştir. Bu etkileşim şeyl depositional modelleri için potansiyel olarak büyük bir katkıda bulunuyor. Bir laboratuvar ayarı içinde bu malzemelerin flokülasyon ve sedimantasyon oranları incelendiğinde ve kontrollü bir ortamda ölçülen. Burada, siyanobakteriyel/kil karışımları sedimantasyon oranı ölçmek için bir protokol ayrıntılı. Bu yöntem iki örnek deney açıklama aracılığıyla gösterilmiştir: ilk kaolin (susuz kaolinite şeklinde) ve Synechococcus sp. PCC 7002 (deniz kok Siyanobakteriler), ve ikinci kaolin ve kullanır Synechocystis sp. PCC 6803 (bir tatlı su kok Siyanobakteriler). Siyanobakteriyel kültürlerin değişen miktarlarda sürekli, gerçek zamanlı video ve fotoğraf kaydı izin vermek için en iyi duruma getirilmiş bir özel olarak tasarlanan tank aparatı içinde kil ile karıştırılır. Örnekleme prosedürleri bir sonrası koleksiyonu protokol hangi siyanobakteriyel hücre süspansiyon kalan konsantrasyon belirlenebilir klorofil bir hassas ölçüm için yanı sıra ayrıntılı olarak açıklanmıştır. Deneysel çoğaltma yoluyla, bir profil sedimantasyon oranı görüntüleyen inşa edilmiştir.
Introduction
Depositional mekanizmaları anlaması için mevcut çevresel koşulları ve işlemleri kullanarak uzun sedimantoloji bir destek olmuştur. Karadeniz gibi modern depositional analogları devrilmesinden sonra organik zengin, iyi ayarlanmış mevduat anlamak için kullanılan iken, laboratuvar deneyleri şeyl mevduat kökeni ek ışık potansiyeline sahip. Birikim hızı ve orijinal oluşum mekanizması soruşturma siyah şeyller Genesis bir alandır. Geleneksel olarak, bu siyah şeyller burada sedimantasyon hızı, birincil verimlilik ve organik madde solunum hızını tortu1,2 organik madde korunması teşvik ortamlarda oluşan onaylanmadığına karar ,3. Ancak, siyanobakteriyel rolü ve kil flokülasyon büyük ölçüde önemsenmemiş kalmıştır. Bu mekanizma Flokülasyon, gerçekleşmesi için organik zengin, iyi ayarlanmış çökeller hızlı ifade için izin verecek ve düşük oksijen gerekli değil. Bu öncül göz önüne alındığında, bu protokol iki hedefi vardır: 1) siyanobakteriyel/kil flakon sedimantasyon oranı ölçmek ve 2) gerçek zamanlı sedimantasyon sürecinde görselleştirmek. Jeokimyasal analiz, ek olarak bu metodoloji o siyanobakteriyel/kil flokülasyon aslında şeyl oluşumu1için önemli bir mekanizma olabilir göstermek için kullanılmıştır. Ettiğinizden şeyl ifade modelleme için bu yöntem bakteri metabolizması ve nüfus kil giriş olan etkisinin ölçülmesi gerekir nerede biyoloji ve çevre düzeltme gibi diğer disiplinler için geçerli iken.
Siyanobakteriler ve zararlı yosun blooms2,3,4,5,6,7 azaltıcı için kil, çökeltme gözlemlemek için çok sayıda çalışma yapılmıştır , 8 , 9 , 10 , 11 , 1 2. ancak, hücre konsantrasyonu zamanla ölçme yaparken, bu çalışmalar Siyanobakteriler/kil flokülasyon devrilmesinden sonra rock kayıt modelleme için başvurmadım. Bu nedenle, bu çalışmalar sedimentological süreçleri modelleme kritik olabilir görsel bir bileşen eksik. Ayrıca, hücre sayımı çalışmaları çoğunluğu kullanmak (Örneğin, Pan ve ark. 11), hangi-ebilmek var olmak zahmetli. Bizim Yöntem, ölçüm siyanobakteriyel Flokülasyon, son gelişmeler ile klorofil bir (Chl bir) kesikli zaman aralıklarında ölçerek siyanobakteriyel hücre konsantrasyon değişiklikleri belirler. Depositional koşulları anlaması için kullanılan yeni bir yaklaşım CHL görsel veri bir ölçüm eşleşmesidir. Oluşturulan görüntüler de Du ve arkişten sonra sedimantasyon oranı hesaplamak için kullanılabilir. 13. görsel ve sayısal verileri birleşimi sonuçların güvenilirliğini güçlendirir. Ayrıca, ek protokoller de uyması gereken ölü biyokütle ve kil sedimantasyon için izin verilmiştir. Bu sedimentological ortamlar canlı nerede ne zaman önemlidir ve ölü biyokütle Co oluşmuş olabilir. Ölü biyokütle davranış farklılıkları flokülasyon sırasında (örneğin, içinde flokülasyon oranını düşürmek) potansiyel sedimentological etkileri olurdu.
Protocol
Representative Results
Discussion
Siyanobakteriyel hücre-kil etkileşim tarafından katalize Flokülasyon, ekoloji ve mühendislik2,3,4,5,6,7 ilgi çok çekti ,8,9,10,11,12, ancak, bu …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Yazarlar Doğa Bilimleri ve Mühendislik Araştırma Konseyi Kanada (05448, 165831 ve 213411) fon minnetle kabul etmiş oluyorsunuz.
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).
