Un appareil ultra propre multicouche pour la collecte de plancton marin taille fractionné et particules en suspension
Summary
Plancton et les particules en suspension jouent un rôle majeur dans les cycles biogéochimiques dans l’océan. Ici, nous fournissons une méthode ultra propre, faible contrainte pour la collecte de différentes tailles de particules et de planctons en mer avec la capacité de traiter des volumes importants d’eau de mer.
Abstract
Les distributions de nombreux oligo-éléments dans l’océan sont fortement associées à la croissance, la mort et la re-mineralization du plancton marin et celles des particules suspendues/naufrage. Nous présentons ici un tous les système de filtration multicouche (polypropylène et Polycarbonate), en plastique pour la collecte des particules en suspension (mes) en mer. Cet appareil ultra propre d’échantillonnage a été conçu et développé spécifiquement pour les études d’oligo-élément. Une sélection méticuleuse de tous les matériaux non métalliques et de l’utilisation d’une procédure de cheminement en ligne minimise toute possibilité de contamination métallique lors de l’échantillonnage. Ce système a été testé avec succès et tordu pour la détermination de métaux-traces (p. ex., Al, Mn, Cd, Cu, Fe, Ni) sur les particules de taille variable dans les eaux océaniques côtières et ouvert. Résultats de la mer de Chine méridionale à la station South East Asia chronologiques (sièges) indiquent que les variations diurnes et la répartition spatiale du plancton dans la zone euphotique peuvent être facilement résolus et reconnus. Analyse chimique des particules de taille-fractionné dans des eaux de surface du détroit de Taïwan suggère que les plus grosses particules (> 153 µm) proviennent pour la plupart sur le plan biologique, tandis que les particules plus petites (10 à 63 µm) étaient principalement composés de matières inorganiques. En dehors de la Cd, les concentrations de métaux (Fe, Al, Mn, Cu, Ni) diminuent avec l’augmentation de taille.
Introduction
Particules dans l’océan jouent un rôle important dans les cycles biogéochimiques marins1. La plupart des propriétés des particules, comme la taille, la minéralogie et composition, peut changer profondément de géologique ou hydrographique d’un cran à un autre2. En outre, les distributions d’éléments dans l’océan sont également associées au cycle de vie du phytoplancton marin : croissance, mort, naufrage et re-mineralization3,4. Particules marines couvrent au moins 4 ordres de grandeur dans la taille, allant des particules submicroniques de grands agrégats (> 5 mm). Plupart des particules sont biologiquement dérivés, des procédés tels que lyse virale, exsudation, sécrétion, production de boulettes fécales. Autres particules sont formées de coagulation physique des cellules, des débris cellulaires ou lithogène matériaux1. Diverses caractéristiques chimiques et biologiques des particules contrôlent les processus biologiques qui se produisent sur et dans les particules4,5,6et cycles géochimiques. Ces particules sont des habitats importants ainsi que les sources de nourriture pour certains organismes, comme le zooplancton ou saprotrophes. En conséquence, le sort des particules est souvent lié à leur taille, qui peut être modifiée par des procédés biologiques sur et autour des particules.
D’échantillonnage de particules marines habituellement exige la filtration, mais cette approche introduit une certaine ambiguïté à identifier les propriétés des particules, car les particules marines ne sont pas homogènes dans la composition et la taille. Particules en suspension, composées principalement de particules de petites et de faible densité qui sont presque en permanence en suspension, sont mélangés avec des quantités variables de particules plus grandes et plus denses en suspension seulement pendant une courte période de temps, selon les conditions hydrodynamiques 7. les premiers rapports de la composition métallique de trace des échantillons de plancton ont été recueillies par les traits de plancton ou de suspension des filets de plancton sur un navire de recherche8. Les auteurs souvent trouvent des particules de métal et peignent puces dans les échantillons, ce qui suggère un problème grave de contamination pendant l’échantillonnage de particules marines pour l’analyse chimique. Autres initiatives incluent net remorquage par radeaux en caoutchouc ou en utilisant un chlorure de polyvinyle (PVC)-treuil3à la main. La difficulté de fiable d’échantillonnage de particules fait des progrès dans notre compréhension de la composition chimique des particules marines plus difficile, surtout pour les oligo-éléments. À ce titre, plus importante information sur la concentration des oligo-éléments dans le phytoplancton est venu de culture études9,10. Cette reconnaissance a motivé les scientifiques marins pour créer de nouvelles méthodes pour l’étude des particules dans la mer au cours des dernières trente ans11.
Les océanographes ont utilisé diverses techniques d’échantillonnage, y compris les bord filtration, filtration sur in situ , et11pièges à sédiments. Le traitement de grands volumes d’eau de mer pour prélever des échantillons non contaminé peut être difficile, surtout pour la haute mer et les eaux profondes, dans lesquelles les concentrations de particules sont très faibles (0,001 – 0,1 mg/L). Il est également nécessaire filtrer de grandes quantités d’eau de mer pour obtenir une quantité suffisante de particules pour mesurer les concentrations en métaux traces. Certains chercheurs ont utilisé la méthode de taille-fractionnement pour séparer des particules en suspension de particules de naufrage. Cependant, forme, la porosité, la densité et la taille des particules peuvent toutes les particules influence naufrage des vitesses. Des pièges à sédiments ne sont pas des outils pratiques pour recueillir les particules en suspension, puisque ceux qui sont conçus pour couler les particules. Par conséquent, il est important de développer des méthodes d’échantillonnage et de traitement qui peuvent recueillir des quantités suffisantes de particules en suspension avec contamination minime. Taille-fractionnement par in situ de filtration est donc toujours un outil prometteur dans la boîte à outils de l’océanographe d’échantillonnage, car elle peut révéler des informations critiques sur la dynamique des particules marines. Ici, nous décrivons une testée avec succès trace-métal-propre, filtration multicouche gravité d’échantillonnage des appareils, qui peut traiter de grands volumes (120-240 L) d’eau de mer à bord en un seul passage de polytétrafluoroéthylène (PTFE) enduit bouteilles d’échantillonnage d’eau dans un tableau multi-bouteille d’échantillonnage. Cet appareil d’échantillonnage utilise des filets en nylon synthétique lavé à l’acide dans l’ordre, et les filets sont enfermés dans un conteneur en polycarbonate pour recueillir délicatement fractionnés taille suspension matière et phytoplancton12,13, 14,15 (figure 1). Le but de ce travail consiste à fournir un meilleur outil pour étudier les associations de particules métalliques et leur dynamique de réaction dans les milieux marins et d’améliorer nos connaissances sur le devenir d’une grande variété de planctons, particules et métaux traces dans ces environnements.
Protocol
Representative Results
Discussion
Obtenir trace fiable sur le plancton et les particules en suspension dans les eaux naturelles, qui sont généralement présents à des concentrations très faibles, les concentrations de métaux nécessite beaucoup de soin pendant le prélèvement, transformation, prétraitements et analyse, dans le but de réduction de la contamination. Par conséquent, les procédures pour concevoir et préparer l’engin d’échantillonnage, contenants et matériaux utilisés pour collecter et échantillons de processus sont des ét…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Les auteurs remercient Miss Pi-Fen Lin, M. Tseng Wei-Lung, Miss Pei-Hsuan Lin et Dr Jia-Lu Chuan pour leur aide lors de l’échantillonnage sur le terrain et les analyses de laboratoire pour le développement de pratique et l’application de « CATNET. » L’aide des membres d’équipage et techniciens à bord du navire de recherche Ocean Research-I et Ocean Research-II au cours des expéditions d’échantillonnage est grandement appréciée. Ce travail a été soutenu en partie par Taiwan Ministère de la Science et technologie de subventions 91-2611-M-002-007, 95-2611-M-002-009, 96-2611-M-002-004, 97-3114-M-002-006, 104-2611-M-002-019. Ce manuscrit est écrit en mémoire de Mlle Wen-Huei Lee pour son immense dévouement et la contribution aux recherches marines à Taïwan.
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 |
Referências
- 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).
