קביעת שיעור ליישוב של קליי/Cyanobacterial Floccules
Summary
יכול להיות בצורה הטובה ביותר בסביבת מעבדה מבוקרת חקר את האינטראקציה והצטברות של קליי, תאים חיידקיים בתחום הימי, שנצפתה סביבות טבעיות. כאן, אנו מתארים את פרוטוקול מפורט, אשר מתאר שיטה למדידת קצב שקיעת חומר ו cyanobacterial floccules.
Abstract
המנגנונים לגורם המרכזי עליו מושתתת בתצהיר של פרטניות, עדיין במידה רבה נדונים משקעים אורגני עשיר. באופן ספציפי, ההשפעה של האינטראקציה של חלקיקים חימר עם תאים cyanobacterial תגובתי, פלנקטוניים לרשומה משקע מתחת למד. אינטראקציה זו הוא תורם פוטנציאלי מרכזי פצלי דגמי depositional. בתוך סביבה של המעבדה, שיעור flocculation והצטברות של חומרים אלה יכול להיות בדק ומדד בסביבה מבוקרת. כאן, אנו מפרטים פרוטוקול למדידת קצב שקיעת cyanobacterial/קליי תערובות. מתודולוגיה זו הוכח דרך התיאור של שני ניסויים מדגם: הראשונה משתמשת קאולין (טופס מיובש של קאוליניט) ו Synechococcus sp. PCC 7002 (כחוליות coccoid ימית), ומשתמש השני קאולין, Synechocystis sp. PCC 6803 (כחוליות coccoid מים מתוקים). תרבויות cyanobacterial מעורבבים עם כמויות משתנות של קליי בתוך מנגנון טנק שתוכנן במיוחד ממוטבת כדי לאפשר הקלטה צילומי ווידאו רציפה, בזמן אמת. ההליכים דגימה מפורטים כמו גם פרוטוקול פוסט אוסף למדידה מדויקת של כלורופיל שממנו ניתן לקבוע את ריכוז cyanobacterial בתאי שנותרה ההשעיה. באמצעות שכפול ניסיוני, פרופיל נבנה המציג קצב שקיעת.
Introduction
באמצעות נוכח תנאי הסביבה ותהליכים להסיק מעבר מנגנונים depositional כבר זמן רב נדבך של סדימנטולוגיה. בעוד מקבילים depositional מודרניים, כגון הים השחור, שימשו כדי להבין בתצהיר של הפקדות אורגני עשיר, פרטניות, ניסויים במעבדה יש פוטנציאל לשפוך אור נוסף על המקור של פצלי פיקדונות. אזור אחד של החקירה היווצרותם של שיילס שחור הוא קצב התצהיר מנגנון היווצרות המקורי. באופן מסורתי, זה יש כבר המשוערות שיילס שחור נוצר בסביבות איפה קצב שקיעת פרודוקטיביות העיקרי, חומר אורגני נשימה המחירים לקדם שימור חומר אורגני משקעים1,2 ,3. עם זאת, תפקידו של cyanobacterial ואת קליי flocculation נותר במידה רבה ולהתייחסות. מנגנון זה של flocculation יאפשר בתצהיר מהירה של משקעים אורגני עשיר, פרטניות להתרחש, ומצריכות לא חמצן נמוך. בהתחשב הנחת, פרוטוקול זה יש שתי מטרות: 1) למדוד את קצב שקיעת של floccules cyanobacterial/קליי, ו 2) להמחיש את התהליך שקיעת בזמן אמת. מתודולוגיה זו, בנוסף ניתוח גיאוכימיים, שימש כדי להדגים שאת flocculation cyanobacterial/קליי עשוי למעשה להיות מנגנון חשוב עבור תצורת פצלי1. אמנם במקור מיועד דגמי פצלי התצהיר, שיטה זו ישימה לתחומים נוספים כגון ביולוגיה, סביבתיים משיקום שבו ההשפעה של קליי קלט על חילוף החומרים חיידקי, האוכלוסייה צריך להימדד.
מחקרים רבים נערכו כדי לבחון את flocculation של כחוליות, קליי, להקלת פורח אצה מזיקים2,3,4,5,6,7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 1 2. עם זאת, תוך מדידת ריכוז תא לאורך זמן, מחקרים אלה לא החלת כחוליות/קליי flocculation דגמי בתצהיר של הרשומה רוק. ככזה, מחקרים אלה חסרים רכיב חזותי, אשר יכול להיות קריטי כאשר דגמי עבר תהליכים סדימנטולוגיות. בנוסף, הרוב המכריע של המחקרים לנצל את ספירת תאים (למשל, פן et al. 11), אשר יכול להיות מייגע. השיטה שלנו, עם התפתחויות אחרונות מדידה flocculation cyanobacterial, קובע את השינויים בריכוז תא cyanobacterial על ידי מדידת כלורופיל (קלוא ) במרווחי זמן בדידים. זיווג קלוא מדידה עם נתונים חזותיים היא גישה חדשה, אשר יכול לשמש כדי להסיק תנאים depositional. תמונות שנוצרו יכול לשמש גם כדי לחשב את קצב שקיעת אחרי העבודה מ- Du ואח. 13. השילוב של נתונים מספריים החזותי מחזק את אמינות התוצאות. יתר על כן, אנו חלוקה לרמות פרוטוקולים נוספים ומאפשר שיקוע של ביומסה מת, קליי גם להיות נצפתה. זה חשוב כאשר שוקלים מעבר סביבות סדימנטולוגיות, שם חי, מת ביומסה שאירעה אי שיתוף. ההבדלים בהתנהגות של ביומסה מת במהלך flocculation (לדוגמה, ןוטיק flocculation rate) פוטנציאל להיות השלכות סדימנטולוגיות.
Protocol
Representative Results
Discussion
Flocculation על ידי האינטראקציה תא cyanobacterial-קליי משכה הרבה עניין בתחומי אקולוגיה הנדסית2,3,4,5,6,7 ,8,9,10,11,<sup…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המחברים להכיר בהכרת תודה מימון מדעי הטבע, הנדסה מחקר המועצה של קנדה (05448, 165831 ו- 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).
