تحديد معدل تسوية الطين/سيانوباكتيريال فلوككوليس
Summary
يمكن التحقيق بالتفاعل والترسب من الطين والخلايا البكتيرية في نطاق البحرية، لوحظ في البيئات الطبيعية، أفضل في بيئة معملية خاضعة لمراقبة. هنا، يمكننا وصف بروتوكول مفصلة، التي تحدد طريقة جديدة لقياس معدل ترسيب الطين وفلوككوليس سيانوباكتيريال.
Abstract
الآليات التي تدعم ترسب موضوعة بدقة، تجري مناقشات الرواسب العضوية الغنية لا تزال إلى حد كبير. على وجه التحديد، تحت هو دراسة أثر التفاعل بين جزيئات الطين مع الخلايا سيانوباكتيريال رد الفعل، والعوالق إلى السجل الرسوبي. وهذا التفاعل مساهما رئيسيا محتملاً نماذج ترسبية الزيتي. ضمن إعداد مختبر، يمكن دراسة معدلات هذه المواد معقمات والترسيب ويقاس في بيئة تسيطر عليها. هنا، نحن تفاصيل بروتوكول لقياس معدل الترسيب خلائط سيانوباكتيريال/الطين. وتتضح هذه المنهجية من خلال وصف العينة تجربتين: الأولى يستخدم الكاولين (المجففة شكل من أشكال كاولين) و سينيتشوكوككوس sp. المجلس المركزي الفلسطيني 7002 (البكتيريا البحرية كوككويد)، والثاني يستخدم الكاولين و سينيتشوسيستيس sp. 6803 PCC (البكتيريا كوككويد المياه العذبة). سيانوباكتيريال ثقافات مختلطة بمقادير متفاوتة من الطين داخل جهاز مصمم خصيصا لدبابات الأمثل للسماح بتسجيل الصور الفوتوغرافية والفيديو المستمر، في الوقت الحقيقي. وترد تفاصيل إجراءات أخذ العينات فضلا عن بروتوكول بعد جمع للقياس الدقيق للكلوروفيل من الذي يمكن تحديد تركيز سيانوباكتيريال الخلايا المتبقية في تعليق. من خلال النسخ المتماثل التجريبية، شيد الشخصية الذي يعرض معدل الترسيب.
Introduction
استخدام الظروف البيئية الحالية وعمليات الاستدلال في الماضي آليات ترسبية منذ فترة طويلة دعامة الترسبات. بينما استخدمت نظائر ترسبية الحديثة، مثل البحر الأسود، فهم ترسب الرواسب الغنية بالعضوية، وموضوعه بدقة، إمكانيات التجارب المختبرية لتسليط المزيد من الضوء على أصل الودائع الزيتي. منطقة واحدة للتحقيق في نشأة تتعلق الأسود هو معدل الترسيب، وآلية تشكيل الأصلي. تقليديا، قد تم الافتراض أن تتعلق الأسود شكلت في بيئات حيث معدل الترسيب، والإنتاجية الأولية ومعدلات التنفس مسألة العضوية تعزيز المحافظة على المواد العضوية في الرواسب1،2 ،3. ومع ذلك، دور سيانوباكتيريال ومعقمات الطين ظلت إلى حد بعيد [اونكنسدرد]. تسمح هذه الآلية من أشعة لسرعة ترسب الرواسب الغنية بالعضوية، وموضوعه بدقة تحدث، وليس بالضرورة الأكسجين المنخفض. ونظرا لهذا الافتراض، قد هذا البروتوكول هدفين: 1) قياس معدل الترسيب فلوككوليس سيانوباكتيريال/الطين، و 2) تصور عملية الترسيب في الوقت الحقيقي. وقد استخدمت هذه المنهجية، بالإضافة إلى التحليل الجيوكيميائي، تثبت أن أشعة سيانوباكتيريال/كلاي قد يكون في الواقع إليه هامة ل تشكيل الصخري1. بينما كانت مخصصة أصلاً لنمذجة الترسيب الصخري، أن هذا الأسلوب المنطبق على تخصصات أخرى مثل علم الأحياء والإصلاح البيئي حيث تأثير إدخال الطين على الأيض البكتيرية والسكان بحاجة إلى قياس.
أجريت دراسات عديدة لمراقبة معقمات من البكتيريا الزرقاء والطين، للتخفيف من حدة تكاثر الطحالب الضارة2،3،،من45،،من67 , 8 , 9 , 10 , 11 , 1 2-ومع ذلك، أثناء قياس تركيز الخلية مع مرور الوقت، هذه الدراسات لم يتقدم معقمات البكتيريا الزرقاء/الطين إلى نمذجة ترسب الصخور بسجل. على هذا النحو، أن هذه الدراسات تفتقر إلى عنصر مرئي، التي يمكن أن تكون حاسمة عند وضع النماذج في الماضي عمليات الترسب. بالإضافة إلى ذلك، استخدام معظم الدراسات عد الخلايا (مثل عموم et al. 11)، التي يمكن أن تكون شاقة. لدينا أسلوب، مع التقدم الذي أحرز مؤخرا في قياس أشعة سيانوباكتيريال، يحدد التغيرات في تركيز خلية سيانوباكتيريال بقياس الكلوروفيل (شيلي ) في فترات زمنية منفصلة. مزاوجة شيلي القياس مع البيانات البصرية هو نهج جديد، التي يمكن استخدامها للاستدلال على ظروف ترسبية. يمكن أيضا استخدام الصور التي تم إنشاؤها لحساب معدل الترسيب بعد العمل من Du وآخرون. 13-الجمع بين البيانات البصرية والرقمية ويعزز موثوقية النتائج. وعلاوة على ذلك، فإننا مخطط البروتوكولات الإضافية التي تسمح للترسب من الكتلة الأحيائية الميت والطين يحتفل به أيضا. هذا مهم عند النظر في الماضي بيئات الترسب، حيث يعيش، والكتلة الحيوية الميت قد يكون قد حدث شاركت. الاختلافات في السلوك للكتلة الأحيائية الميت أثناء أشعة (على سبيل المثال، انخفاض في معدل معقمات) يحتمل أن تكون آثار الترسب.
Protocol
Representative Results
Discussion
معقمات تحفزها التفاعل سيانوباكتيريال من الفخار الخلية قد جذبت الكثير من الاهتمام في مجالات البيئة والهندسة2،،من34،،من56،7 ،8،9،<sup class="xre…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
الكتاب الاعتراف بامتنان التمويل من العلوم الطبيعية والهندسة مجلس البحوث الكندي (05448 و 165831 و 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).
