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선캄브리아 해양 용승 시스템 광합성 박테리아의 성장을 탐구하는이 풍부한 철 (II)의 실험실 시뮬레이션

Published: July 24, 2016 doi: 10.3791/54251

Summary

우리는 실험실 규모의 수직 흐름을 통해 열에서 선캄브리아 철분을 함유 해양 용승 시스템을 시뮬레이션. 목표는 O 2 및 Fe (II)의 방법 화학적 프로파일을 이해 시아 노 박테리아의 생산 O 2로 진화했다. 이 결과로 인해 광합성 제조 O 2에 의해 철 (II) 산화에 chemocline의 설립을 나타낸다.

Abstract

일부 선캄브리아 줄무늬 철 구조물 (BIF)을 증착하기위한 종래의 개념 선캄브리아 바다 열수 출처 1 철 [철 (II)] 승이은 분자 산소에 의해 산화 된 것으로 가정하여 진행한다 O 2] 박테리아에 의해 생산. 전 약 24억년 (Gy를)에서 이전에 좋은 산화 이벤트 (GOE)에 증착 된 가장 오래된 BIFS는, 무산소 조건에서 anoxygenic photoferrotrophs에 의해 철 (II)의 직접 산화에 의해 형성 할 수 있었다. 다른 생물학적 시나리오에 따라 개발하는 지구 화학적 및 광물 학적 패턴을 테스트하기위한 방법으로, 우리는 실험실 규모의이 풍부한 해양 용승 시스템 고대 바다의 대표적인 무산소의 Fe (II)을 시뮬레이션 할 수있는 40cm 길이의 수직 흐름을 통해 열 설계 . 실린더는 화학적 구배를 안정화 다공질 유리 비드 매트릭스로 포장하고, 철 정량 액체 시료 수층에 걸쳐 수행 될 수있다. 용존 산소이었다외부에서 optodes를 통해 비 침습적 발견했습니다. 물 열에서 하단, 상단에서 별개의 빛 그라데이션 및 시아 노 박테리아의 존재에서의 Fe (II)의 용승 플럭스를 포함 생물 실험, 철의 형성을위한 쇼 명백한 증거의 결과 (III) 미네랄 침전물과 chemocline 개발 철 사이 (II) 및 O 2. 이 열은 우리가 시뮬레이션 해양 선캄브리아 조건 (미래 photoferrotrophs에서) 시아 노 박테리아를 배양하여 BIFS의 형성 가설을 테스트 할 수 있습니다. 얕은 바다 또는 호수의 퇴적물을 포함하여 - 또한 우리는 우리의 열 개념은 다양한 화학적, 물리적 환경의 시뮬레이션 수 있다는 가설.

Introduction

선캄브리아는 (4.6 Gy를 0.541으로 전) 분위기가 광합성 생산 된 산소의 점진적 형성을 경험 (O 2), 아마도 약 2.4 Gy의에서 이른바 "위대한 산화 이벤트"(GOE)에서 단계 변화에 의해 구두점 전 및 다시 대기 O와 신 원생대 (1-0.541 Gy를 전) 2 현대 레벨 1에 접근했다. 시아 노 박테리아는 산소를 광합성이 할 수있는 첫 번째 생물의 진화 잔재입니다. 지구 화학적 증거 및 모델링 연구는 주로 무산소 분위기 3-5 아래 표면 바다에서 로컬 산소 오아시스를 생성, 시아 노 박테리아 또는 산소를 광합성 또는 산소를 광 영양 생물의 수 생물의 활동 지역 사회를 품고 얕은 연안 환경의 역할을 지원합니다.

철 선캄브리아 점 걸쳐 해수 줄무늬 철 구조물 증착 (BIFS) (II) (철 (II))의 주요 화학적 C로서이들 증착 동안 적어도 국부적 해수 onstituent,. 가장 큰 BIFS 중 일부는 대륙붕 및 사면을 형성, 깊은 물 예금이다. 증착 철의 양은 주로 대륙 (즉, 풍화) 소스와 질량 균형의 관점에서 호환되지 않습니다. 따라서 철의 많은에 mafic 나에 ultramafic 해저 지각 (6)의 열수 변질로부터 공급되어 있어야합니다. 철의 비율의 추정은 연안 환경의 아웃 보드가 용승 (7)을 통해 표면 바다에 공급 철 (II)와 일치 증착. 철은 용승 전류에 전송 받으려면 감소, 모바일 형태로 존재되어 있어야합니다 - 철과 같은 (II). BIF 보존 철의 평균 산화수는 2.4 (8)이며, 일반적으로는 철 BIF는 산소 가능성, (II)이 산화 된 철을 승이시 형성된 철 (III), 퇴적 유지한다고 생각된다. 따라서, 경사 environme 따라 전위의 Fe (II) 산화 메커니즘을 탐구국세청은 BIF 형성 방법을 이해하는 것이 중요합니다. 또한, 해양 퇴적물의 세련된 지구 화학적 특성은 철 (Ⅱ) 무산소 물기둥의 존재 철분을 함유 조건, 선캄브리아에 걸쳐 바다의 지속적인 기능이었고, 단지 시간과 장소에 제한되지 않을 수 있음을 확인했습니다 여기서 BIF 9 증착 하였다. 따라서, 지구 역사의 적어도 이십억년를 들어, 얕은 바다에서의 Fe (II)와 O (2) 사이의 산화 환원 인터페이스 가능성이 평범했다.

많은 연구는 캄브리아기 바다의 다양한 기능의 화학적 및 / 또는 생물학적 유사체있는 현대적인 사이트를 사용합니다. 좋은 예는 광합성 활동 (시아 노 박테리아에 의해 포함) 동안의 Fe (II)는 10 ~ 13을 검출 하였다 햇볕에 쬐 표면 바다에서 안정적으로 존재하는 철분을 함유 호수입니다. 이 연구의 결과는 / FER을 무산소 할 수있는 호기의 지구 화학적 및 미생물 특성에 대한 통찰력을 제공ruginous chemocline. 그러나이 위치는 일반적으로 물리적으로 거의 수직 오히려 승이 시스템에서 발생하는 화학 인터페이스보다 14 믹싱 층화하고, 4 시간 선캄브리아 가장 산소 생성을 지원하는 것으로 생각된다.

자연 아날로그는 무산소 분위기 아래 해양 산소 오아시스의 발전을 탐구하고, 햇볕에 쬐 지표수 열에서의 Fe (II)이 풍부한 용승 시스템에서 현대 지구에서 사용할 수 없습니다합니다. 따라서, 함철 승이 영역을 시뮬레이션하며 박테리아 및 photoferrotrophs의 성장을 지원할 수있는 실험실 시스템이 필요하다. 선캄브리아 해수를 나타내는 이해와 미생물 공정의 식별과 용승 수성 매질과의 상호 작용에 대한 이해를 촉진하고 완전히 고대 지구에 특유의 생지 화학적 과정을 이해하기 위해 암석 기록에서 얻은 정보를 보완 할 수 있습니다. 이를 위해 실험실 규모 컬럼되는 철 (II)이 풍부한 해수 배지 (중성)이 컬럼의 바닥으로 펌핑 설계하고, 상부에서 펌핑. 조명은 최고 3cm의 시아 노 박테리아의 성장을지지 4cm 폭 "빛의 영역"을 만들기 위해 상단에 제공되었다. 자연 환​​경은 일반적으로 층화 및 염분이나 온도 등의 물리 화학적 구배에 의해 안정화된다. 실험실 규모의 수층을 안정화시키기 위해, 열 실린더는 실험 기간 동안 개발 된 화학적 패턴의 설정을 유지하는 데 도움이 다공질 유리 비드 매트릭스 채워졌다. 연속적인 N 2 / CO 2 가스 유동은 GOE 15 전에 바다 반사 무산소 분위기를 유지하기 위해 컬럼의 상부 공간을 세척하기 위해 적용 하였다. 철의 일정한 플럭스 (II)를 설치 한 후, 시아 노 박테리아는 열에 걸쳐 접종 및 growt했다H는 샘플링 포트를 통해 제거 된 샘플을 세포 수로 모니터링 하였다. 산소는 열 실린더 측정 내벽 열 외부 광섬유로 만들어진 상 산소 민감성 optode 박을 배치하여 현장에서 모니터링 하였다. 수성 철의 분화는 깊이 해결 수평 샘플링 포트에서 제거 샘플에 의해 정량화하고 Ferrozine 방법으로 분석 하였다. 비 생물 제어 실험 결과는 개념 증명을 보여 - 대기로부터 격리 유지 고대의 물기둥의 실험실 규모의 아날로그, 달성이다. 시아 노 박테리아가 성장하여 산소를 생산하고, 철 (II)와 산소의 반응을 확인할 수 있었다. 해양 cyanobacterium 인 Synechococcus 특검팀 접종 동안 여기서, 디자인, 제조, 조립, 실행, 이러한 열의 샘플링의 방법은 컬럼의 84 시간 실행에서 결과와 함께 제공됩니다. PCC (7002).

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Protocol

배양 매체의 1. 준비

주 : 배지 제조에 필요한 설비 및 화학 공업 용품 정보는 표 1에서 괄호 이탤릭 문자 숫자 코드는 표 2 세분화도 1에 도시 된 장치를 참조..

  1. 해양 광 영양 생물 (MP)의 중간 5 L를 준비하면 우 외. (16)의 다음과 같은 프로토콜 ( "매체"이라고 함). 무산소 및 멸균 1 M 염산 또는 0.5 M 나코 3 사용하여 6.8으로 산도를 조정합니다. 철에 대한 소스로 (II), 다음 단계에서 배지 액을 여과 후, 500 μM의 (II) 농도를 최종 철을 달성하기 위해, 1 M 무산소 멸균 50ml을 -solution이 3.5를 가하여.
  2. 철 (II), 탄산 및 인산염 광물을 침전하기 위해 48 시간 동안 5 ° C에서 미디어 솔루션을 저장합니다. pH가 물의 Fe (Ⅱ) 및 Fe 외에 미네랄 침전 결과 변화는 따라서 6.8로 다시 pH를 조정 해 주어야합니다. 0.22 μm의 필터 부를 통해 무산소 (100 % N 2) 글로브 박스에서 중간 필터. 멸균 부틸 고무 마개로 멸균 5 L 유리 병 (E.'1) 글로브 박스 내부 캡으로 여과 매체 분배.
  3. 한 스토퍼에 가스 라인에 접속 일회용 바늘 및 배기구로서 작용하는 제 바늘을 삽입하여 N 2 / CO 2 (V / V를, 90/10)로 배지 병의 상부 공간에 플러시. 헤드 스페이스 볼륨 10 번을 변경해야합니다. 예를 들어, 10 ㎖ / sec의 일정 가스 유량으로, 적어도 50 초 (Hungate 및 메이 17과 비교) 50 ㎖가 헤드 스페이스 부피 세척.
  4. 지금의 Fe (II)의 광산화을 방지하기 위해 어두운 조건에서 실온에서 알루미늄 호일 및 저장에 사용할 준비가 매체 병 (E)를 커버. 매체 준비를위한 3 일 수 있습니다.

문화의 2. 준비

"> 참고 :.. 열 실험에 사용되는 인 Synechococcus 특검팀 PCC (7002)의 문화가 그것은 박사 M. Eisenhut (식물 생화학 연구소, 뒤셀도르프, 독일의 대학)에 의해 제공되었다 (18) 단세포 해양 photoheterotrophic 시아 노 박테리아 속으로 설명 . 주식 문화는 추가의 Fe (II)없이 무산소 MP 매체에 성장이 연구하십시오.

  1. 6 ㎎ / ㎖에서 1 ㎖ / L 철 암모늄 시트르산과 우 등. (16) 그러나 대신 염화 제이철의 프로토콜 다음 100 ㎖ MP 매체를 준비합니다.
  2. 무산소 조건 (글로브 박스 100 % N 2), 살균 부틸 고무 마개 한 120 ㎖의 멸균 혈청 병 뚜껑에 매체를 분배하고, 알루미늄 캡으로 압착. N에 헤드 스페이스 변경 2 / CO 2 (V / V를, 90/10) (Hungate & 메이시 (17)를 비교) 및 주식 문화의 5 % 접종. 이어서 툰에서 25 ° C와 600 럭스에서 빛 인큐베이터에서 배양를 저장전구를 gsten.
  3. 인 Synechococcus 특검팀입니다. PCC (7002)는, 전송 다음, 빛 인큐베이터 내에서 처음 24 시간 동안 얇은 종이 타월로 혈청 병 감광성 커버입니다. 문화 6-8 일 동안 성장하도록 허용합니다. 광합성 활성은 따라서 (II) 배지 및 세포의 Fe로 구성된 철을 유지하기 위해 7 일 후 배양을 전송하고, 세포 성장의 척도 정적 없습니다 (II) 및 Fe (II)의 Fe의 산화를 초래한다 (II).
  4. 광학 밀도 (OD) 측정 용 샘플을 채취하여 세포 밀도 모니터 : 배양 세포 밀도 (세포 / ml하는) (750) 내지 (19)의 파장에서 광 분광계 세포 현탁액 시료의 흡광도를 통하여 측정 될 수있다. OD 750 로그 단계에서 문화를 직접 현미경으로 세포 수 사이의 선형 관계는 절대 세포 밀도 (20)를 결정합니다.
  5. 즉시 10 8 세포의 세포 밀도로 / ㎖에 도달 할 때,광합성 산소 생성을 막기 위해 알루미늄 호일로 혈청 병 포장.
  6. 액체 매질에 삽입 길이 (100mm) 일회용 바늘이 부착 된 주사기 0.22 ㎛의 멸균 필터를 사용하여 세포 현탁액의 O 2를 제거한다. 헤드 스페이스 및 기포 5 분 / CO 2 N 2 (Hungate & 메이시 (17)를 비교)와 문화를 플래시합니다. 컬럼에 접종 할 때까지 어둠 속에서 샘플을 보관하십시오.

실험 셋업에 대한 항목 및 개별 부품의 3. 준비

참고 : 실험 셋업에 필요한 장비에 대한 정보를, 수량 및 사양은 표 2에 나열되어 있습니다.   실험 셋업에 사용되는 항목의 일부는 미리 준비하고 개별적으로 표 2에 나열된 하나의 대문자 (AG)로 표시되며 그림 1과 클로즈업을 표시 아니라. 이탤릭체 문자 숫자 코드는 표 2에 항목별로 장비를 참조하여 그림 1에 나타내었다.

  1. 열의 샘플링 포트 (D)를 준비하기 위해, 꼭 끼는 부틸 고무 마개 (A.3)와 포트를 닫는다. 부틸 고무 마개로 하나의 스테인레스 스틸 바늘 (D. ')를 삽입합니다. 바늘의 끝이 칼럼의 중심에 있는지 확인합니다.
    1. 고무 튜브 (D.2)에 바늘을 연결하고 열 수축 튜브 (D.3)과의 연결을 봉인. 작은 루어 락 튜브 커넥터 ( 'D.5) 열 수축 튜브 (D.3)와의 연결을 밀봉하고 적절한 플라스틱 캡 튜브 커넥터를 덮도록 상기 튜브의 다른 쪽 끝을 연결 (D.6) .
      주 : 샘플링 포트의 수에 따라 요구는 다양한 샘플링 포트와 하나의 메인 포트를 제공 할 필요가있다 - therefo부틸 고무 마개로 경사각에 스테인리스 바늘 (D.1)를 삽입 재.
  2. 다음 단계에 따라 부틸 고무 마개를 열 매체로 방전 병 연결 수정하려면 :
    1. 부틸 고무 마개 (E.2)에 (E.4 E.3)이 스테인레스 스틸 모세 혈관을 삽입합니다. 이러한 모세 혈관에 해당하는 고무 튜브 (E.6)를 연결하고 열 수축 튜브 (E.5)과의 연결을 봉인.
    2. 긴 모세관 (E.3)의 관의 타단 튜브 커넥터 (E.7)를 첨가하고, 또한, 열수축 튜브 (E.5)와이 커넥터를 고정한다.
    3. 튜브 (E.5)를 열 수축으로 연결 봉인 짧은 모세관 (E.4)에 부착 된 다른 튜브의 자유 단부에 스테인리스 바늘 (E.11)을 연결하고, 다른 쪽 끝을 삽입 적은 부틸 고무 마개로 스테인리스 바늘 (E.10). 큰 부틸 고무 마개 (G.2)에 두 개의 스테인레스 스틸 모세관 (G.3)를 삽입하고 적절한 고무 튜브 (G.4, G.5)를 연결합니다. 중간 방전 병 모세관 (W2)에 짧은 고무 튜브 (G.4)의 끝을 연결합니다. 작은 튜브 커넥터 (G.6)와 긴 튜브 (G.5)의 끝을 착용. 두 번째 방전 병에 대한 또 다른 부틸 고무 마개를 준비하기 위해이 단계를 반복합니다.
  3. 열 두 용지 공급 라인을 생성하기 위해 부틸 고무 마개 (F.2)로 두 스테인리스 바늘 (F.3)을 삽입하여 배지 분전반 (F)를위한 스토퍼를 준비한다. 바늘의 각각에 고무 튜브 (F.4)를 부착하고, 각각의 고무 튜브 일대일 매체 병 모세관 (C1)를 연결한다.
  4. 매체 공급 라인 땀샘 (B)를 제조하기 위해, 한 매체에 연결고무 튜브 (B.4)와 작은 튜브 커넥터 (B.3)에 공급 모세관 (C2). 다른 매체 공급 선에 대해이 단계를 반복합니다.
    1. 중간 배출 라인 땀샘을 준비하는 대신 더 이상 매체 방전 모세관 (W1)를 사용하고 이전 단계를 수행합니다 (그림 1) (B 비교).
      참고 : 입구 라벨과 적절한 조립을 지원하기 위해 테이프의 다른 색상으로 콘센트에 도움이됩니다.
  5. 2 개의 긴 루어가 고무 튜브 (C.1)로 스테인레스 스틸 바늘 (C.2)를 고정하고, 바늘의 끝은 다른 외부 4cm에 도달하는지 확인 삽입하여 헤드 스페이스 가스 교환 패널 (C)의 부품을 조립 튜브의 끝. 폴리머 접착제 (C.8)와 튜브를 작성하고 적어도 6 시간 동안 조립 건조를 할 수 있습니다.
    1. 느슨하게면 (C.4) 두 루어 잠금 유리 주사기 (C.3)를 입력합니다.
    2. 별도로 두 부틸 마찰을 준비BER 스토퍼 (C.5) 삽입 스테인리스 바늘 (C.6) 및 스테인리스 바늘 (C.7)와 다른 하나. 아직, 유리 주사기에 연결하지 마십시오.
  6. 매체 병 및 가스 팩 (GP)에 맞춰 나중에 사용하기 위해면 (E.9)로 채워진 유리 주사기 (E.8)를 준비합니다.
  7. 가스 팩 밸브에 고무 튜브 (gp.1)를 연결하여 10 L 가스 팩 (GP)에 대한 장치를 조립한다. 고무 튜브의 자유 단부에 튜브 커넥터 (gp.2)를 삽입한다. 제 10 L 가스 팩에 대해이 절차를 반복합니다.

열 및 장비 4. 살균

주 : 재료 특성에 따라, 장치는 다음의 세 가지 방법 중 하나에 의해 살균된다 :

  1. 건조 오븐 (425 시간 동안 180 ° C)로 유리 장비 소독 :
    1. 매체를 만들기위한 장비를 소독 (참조 1.2 절) 별도로 사전한다. 따라서, 2 × 5 L 유리 병을 제조하고, 개구부에 알루미늄 호일 병목 커버. 팩은 내열 용기에 4 × 5 mL 및 5 × 2 mL 유리 피펫 모든 장비를 오븐 - 소독.
    2. 제 2 단계에서 설정 한 컬럼에 대한 장비를 소독. 알루미늄 호일로하고 해당 부틸 고무 마개가 제거되었는지 확인 - (섹션 3에서 제조 F.1을; E.8 C.3)을 유리 주사기를 감싸.
    3. 유리 비커에 유리 구슬 (A.2)을 넣고 알루미늄 호일로 상단 커버. 또한 투명 유리 접시 (A.4), 4 개 대형 튜브 커넥터 (B.2)와 알루미늄 호일 및 모든 오븐 소독과 3 방향 커넥터 (G.7)를 커버한다.
  2. 오토 클레이브 (120 ° C, 10 줄, 20 분)에 의해 오토 클레이브 플라스틱 및 액체를 소독 :
    1. 첫 번째 단계, 인트에서5 L 유리 병에 대한 매체의 NaHCO3을 -buffer 솔루션 2 부틸 고무 마개로 Widdel 플라스크를 rilize.
      주 : 부틸 고무 마개는 제 초순수로 3 회 비등에 의해 제조 한 후, 알루미늄 호일로 덮여 약간의 물과 함께 유리 비이커에 멸균된다. 젖은 스토퍼는 유리 병에 삽입하기가 더 쉽습니다.
    2. 제 2 단계에서 설정 한 실험 열의 장비를 소독. 고압 증기 멸균 전의 알루미늄 호일로 배출, 오토 클레이브 멸균의 열을 제조 상부 개구, 용지 공급 장치의 통풍구 용지 배출 통기구 및 상부 공간을 포장하기 위해.
    3. 적절한 플라스틱 캡 (D.'6)와 샘플링 포트 (D.'5)를 커버하고 고압 증기 멸균 전에 클램프 (D.4)를 제거해야합니다.
    4. 부틸 고무 마개와 매체 방전 병 (E.2에 해당하는 모세 혈관 감싸 라 2 × G.2을 - 준비 전을N 부 3) 유리 주사기 작은 스토퍼 (2 × C.5; E.'10 '; F.'2 - (3))과 매체 공급 및 배출 땀샘 (연결 모세관 제조 S2; W1 - 알루미늄 호일로 3.4) 제조 오토 클레이브에 모든 장비 소독.
    5. 멸균 후, 또 다른 4 시간 동안 60 ° C의 오븐에서 열 살균 및 건조 장치.
  3. 펌프 관 (PT)을 멸균하지 않기 때문에, 에탄올 (EtOH 중) 용액 (EtOH 중 80 %, 20 % 물)에서 그들을 살균. EtOH로-용액으로 적절한 비커를 입력하고 튜브가 완전히 EtOH로-솔루션으로 가득 보장, 거기에 펌프 호스를 배치합니다. 3 시간 후 꺼내 (오븐 멸균) 사전 멸균 알루미늄 호일에 직접 랩 2 시간 동안 실온에서 건조 할 수 있습니다.

열 및 장비 (5) 조립

  1. 평평한 표면에 열 (A)를 놓고 실험실 스탠드와 클램프 안정. 무균 조건에서 작동해야합니다 (예를 들어, 분젠 버너의 40cm 이내 또는 층류 흐름 후드 아래). 조심스럽게 상부 개구에서 알루미늄 호일을 제거하고 멸균 유리 구슬 (A.2)를 입력합니다.
    1. 이 열 접촉 될 영역에서 내측 표면에 고분자 접착제 (A.5)를 적용하여 단단히 확대하기 위해 열을 시계 접시 (A.4)을 준비한다. 가볍게 함께 단단히 두 부분 접착제 위해 칼럼의 상부에 위치에서 시계 접시를 누른다. 설치가 건조하기위한 적어도 6 시간을 허용합니다.
      주 : 쉽게 실험 후 시계 접시를 제거하기 위해 열 가장자리와 시계 접시 사이 멸균 미세 유연한 와이어를 배치 할 수있다.
  2. 멸균 조건에서 작업하는 동안 열을 다음과 같은 부분을 첨부 :
    1. 고무 튜브 (B.1)과 중간 공급 및 배출 통풍구에 해당 튜브 커넥터 (B.2)를 연결합니다 (그림 1 (B)를 비교).
    2. 열에서 해당 커넥터에 (3.4 절에서 제조 된) 용지 공급의 샘 (B.3)의 튜브 커넥터를 연결하고 방전 (그림 1 (B)를 비교).
    3. 헤드 스페이스 가스 교환 패널을 장착합니다 (그림 1 (C)를 ​​비교 - 섹션 3.5에서 준비) 헤드 스페이스에이 열을 배출하고 해당 스테인레스 스틸 바늘 (C.2) 및 삽입에 유리 주사기 (C.3)를 연결 해당 부틸 고무 마개 (C.6, C.7 - 섹션 3.5.2에서 제조)면 채워진 유리 주사기로 (C.3).
  3. (2 X를 방전 병 부틸 고무 마개를 삽입 G.20 - 두 멸균 3 L 유리 병 (G.1)에 3.2 절)에서 제조, 상기 3 방향 커넥터 (G.7)으로(G.6)의 튜브 커넥터를 연결한다.
  4. 펌프 호스 (PT)과 방전 병 모세관 (W2)의 자유 단에 중간 방전 그랜드 모세관 (W1)의 끝을 연결합니다. 제 2의 매질 방전 선 모세관 및 제 2 방전 병에 대해이 절차를 반복합니다.
  5. 펌프 호스 (태평양 표준시)와 중간 공급 그랜드 모세관 (S2)의 자유 단 하나의 매체 병 모세관 (S1)의 끝을 연결합니다. 제 2의 매질 병 모세관 및 제 2의 매질 공급 선 모세관에 대해이 절차를 반복합니다.
  6. 매체의 유리 주사기로 - 대응 모세관 (3.3 제조 F.2)와 스토퍼를 삽입하여 배지 분전반 조립분전반 (F.1).
  7. 매체 병의 부틸 고무 마개의 커넥터에 매체 분배 패널을 연결합니다 (E.7 - 그림 1에서 F를 비교).
  8. 스테인리스 바늘 잠금 루어에 헤드 스페이스 가스 교환 패널에 N 2 / CO 2 가스 라인에 연결 (도 1의 위치 (LLF)를 참조), 및 낮은 압력에서 N 2 / CO 2 열 설치하고 모세관 시스템 플러시 (<10 밀리바). 배지 병 모세관 (E.3), 3 방향 커넥터 (G. 7) 샘플링 포트 (D.5)의 개방 단부에서의 가스의 유출을 유지한다. 따라서, 유출 가스의 과압을 통해 멸균 상태를 유지하기 위해 약간 오픈 샘플링 포트 (D.6)의 모자를 가지고 있는지 확인하십시오.
    1. 적어도 20 분 동안 전체 설치 플러시.
      주 : 또한, 상기 outgassi를 닫을 수있다적절한 고무 튜브 및 설치를 완료 세척의 효율을 증가시키기 위해 클램프 헤드 스페이스 가스 교환 패널 NG 바늘 (C.6).
  9. 한편, N에 10 L의 가스 주머니 (GP)을 충전 2 / CO 2 백을 위해 전체 볼륨 (진공 펌프를 사용하여) 충전 및 탈기 10 발사하기 (V / V, 90/10)을 완전히 무산소 인 . 최종 충전 후 가스 팩의 밸브를 폐쇄해야합니다. 제 2 가스 팩이 절차를 반복하지만, 탈기 한 후 밸브를 닫습니다 (즉, 빈두고).
    주 : N 2 / CO 2 가스 충전 팩 펌핑으로 인한 매체 손실 증가 헤드 스페이스 부피를 보상하기 위하여 배지 병에 연결된다. N 개의 2 / CO 2 플러싱하지만, 빈 가스 팩 나중에 가스로 인해 액체의 토출량을 증가시키는 상부 공간을 벗어날 수 있도록하기 위해, 방전 병에 연결된다.
  10. 삽입 t(- 3.6 절에 준비 E.8)면 가득 멸균 유리 주사기에 - 그는 고무 마개 (섹션 3.2.3에서 제조 E.10)를 부틸.
  11. 다음 매체 병 (E.2)의 스토퍼로 실험실 벤치에 - (섹션 1에서 제조 E) 충진 및 폐쇄 매체 병 배치 다음 절차를 이용하여 배지 병에 상기 스토퍼를 연결하는 제조 :
    1. 호스 클램프 대응 고무 튜브 (E.5)를 폐쇄하여 모세관 (E.3)로 N 2 / CO 2 가스 흐름을 닫습니다.
    2. 가볍게 매체 병 오프 부틸 고무 마개를 들어 올려 병목 현상으로 구부러진 긴 금속 바늘 (1mm X 140mm)과 멸균,면 - 채워진 주사기를 매달아 N 2 / CO 2 (50 밀리바)과 헤드 스페이스를 플러시 매체 병의 (Hungate & 메이시 (17)를 비교).
    3. (E)로 제조 된 부틸 고무 마개 (E.2)를 삽입한다.
    4. 일회용 바늘 (앞서 헤드 스페이스 플러싱에 사용) 주사기의 긴 금속 바늘을 변경 (0.9 mm X 45mm, 널리 사용되는) N 2 / CO와 배지 병의 상부 공간을 세척하기 위해 상기 스토퍼 내로 주입 2.
    5. 매체 병의 마개에 연결 - 가스 주사기 (섹션 5.10에서 조립 E.8)의 개방 단부에서 가스 약간의 유출을해야합니다. 매체 용기 (E) 및 적어도 4 분 동안 유리 주사기 (E.8)의 헤드 스페이스에 플러시.
  12. 한편, (D.'5)를 샘플링 포트의 플라스틱 캡 (D.6)를 조여 및 클램프 (D.4)에 대응하는 고무 튜브 (D.2)를 닫습니다.
    참고 : 필요한 경우, 열바늘의 개방 단부에서의 가스의 유출을 유지하기 위해 다시 헤드 스페이스 가스 교환 패널의 아웃 개싱 바늘 (C.6).
  13. 실험실 벤치에서 N 2 / CO 2 (섹션 5.9에서 준비) 가득 (10) L 가스 팩을, 놓습니다. 튜브 커넥터 옆에있는 매체 병에 연결된 유리 주사기 (E.8)의 개방 단부에 위치에 있는지 확인하십시오.
  14. 최소 4 분 동안 배지 병 (E)의 상부 공간을 세척 한 후, 세척 주사기의 N 2 / CO 2 가스 라인을 감고 빨리 스토퍼 (E.2)로부터 주사 바늘을 ​​당긴다. 매체 병의 헤드 스페이스 내의 가스의 나머지 과압 유리 주사기 (E.8)를 통해 발표 될 예정이다.
    1. 신속 가스 팩의 밸브를 개방하고 가볍게 튜브 가스 팩의 커넥터를 세척하기 위해 / CO 2 N 2의 유출을 유지하기 위해 가방 누른다.
    2. 즉시 과압이 병 매체로부터 해제 될 때, 신속하게 유리 주사기 (E.8)의 상응하는 커넥터에 가스 팩 (gp.3)의 커넥터를 연결한다.
  15. 이전에 방전 병에 연결된 3 방향 커넥터 (G.7)의 프리 포트에 N 2 / CO 2 (섹션 5.9에서 준비) 10 회 플러싱 빈 (10) L 가스 팩 (GP)를 연결합니다. 가스 팩의 밸브가 폐쇄 유지해야합니다.
  16. (; 위치 LLF 그림 1 C)를 가스 방출 바늘 (C.6)에서 가스의 유출을 유지하기 위해 헤드 스페이스 가스 교환 패널에서 N 2 / CO 2 가스 라인 (<0.1 밀리바)의 압력을 줄일 수 있습니다.
  17. 펌프 (P)에 펌프 호스 (PT)를 삽입하고 매체 병 (E)의 대응 고무 튜브 (E.6)에서 호스 클램프를 제거합니다.
    1. 가스 팩의 밸브 (GP)를 엽니 방전 병 유출 배지로 채우는 동안 공기가 가스 팩으로 배출 할 수 있도록 배출 병 (G)에 접속되어있다.
  18. 펌프를 시작하고 중간 유통 패널을 모니터링하는 매체로 채우고 () (F 참조). 이 반전 된 위치에 그것을 들고 의해 채워으로 패널에 남아있는 가스를 제거해야합니다. 가스는 펌프에 연결되는 모세관을 통해 방출된다.
  19. 이 매체로 채워으로 열을 모니터링하고 시뮬레이션하기 위하여, 10 mM의 철 (II) / m 2 / (D)의 상하 유동으로 변환 할 수 0.45 L / 일의 적절한 펌핑 속도로 펌프를 조정 관심있는 화학 플럭스.
  20. 2cm 열의 상단부 상기 광원 (L)를 설치하고, 칼럼의 상부로부터 방사로부터의 광을 방지하기 위해 어두운 테이프 및 / 또는 알루미늄 호일로 열 주위 상부 (10)의 형상을 덮 컬럼의 밑 부​​분을 조명. 전체를 커버순서 어두운 섬유 커버 설치는 외부 광원에서 컬럼의 조명을 방지합니다.

열로 박테리아 6. 예방 접종

주 : 비 생물 제어 실험이 단계를 건너 뜁니다.

  1. 세포 배양 직접 컬럼의 측면을 따라 메인 샘플링 포트의 부틸 고무 마개를 통해 컬럼에 주입되기 때문에, 열 본체의 중심에 도달하기에 충분히 긴 바늘 여섯 주사기를 제조 한 것으로 확인.
  2. 의 EtOH 용액 (80 %)과 열 (A.3)의 6 가지 주요 샘플링 포트 부틸 고무 마개의 외부를 소독.
  3. (섹션 2에서 제조) 준비 접종에 대한 문화와 혈청 병을 가지고 EtOH로 솔루션의 몇 방울을 불타는하여 부틸 고무 마개를 소독. 문화의 분취 량을 복용하기 전에 멸균 N 2 / CO 2 주사기를 플래시합니다. 1 ml의 오 타고무산소 셀 용액 F 메인 샘플링 포트 (A.3)의 부틸 고무 마개를 통해 컬럼의 중심에 주입한다.
    주 : 세균의 성장에 따라, 세척되는 배양 방지 세포 성장과 발전의 지연 위상의 제 일 동안 펌핑 속도를 조정 (또는 펌핑을 정지) 할 필요가있다.

7. 견본 추출

참고 : 컬럼 내부 개발 화학적 구배에 걸쳐 샘플을 수집하기 위해, 체적 감소가 발생하는 바와 같이, 깊은 포트 가기 전에 샘플링 포트에서 샘플링을 시작할 필요가있다. (분젠 버너의 40cm 이내 또는 층류 흐름 후드 아래에 협력하여, 예를 들어) 멸균 상태를 유지해야합니다.

  1. 첫 번째 샘플을 접종 후 24 시간을 수집합니다. 멸균 N으로 샘플링을 위해 사용되는 주사기에 플러시 2 / CO 2 SA에 산소 주입을 방지하기 위해mpling 포트 (D). 샘플링하기 전에 / CO 2 N 2 주사기를 작성해야합니다.
  2. 신속 플라스틱 캡 (D.6)을 제거하고 튜브 커넥터 (D.5)에 샘플링 주사기를 삽입합니다. 주사기와 튜브 커넥터 사이에 작은 간격을 유지한다. 주사기에서 가스를 분리 및 / CO 2 N 2 튜브 커넥터를 세척합니다.
    1. 단단히 튜브 커넥터에 주사기를 연결합니다. 클램프 (D.4)를 제거하고 약 1 ML의 샘플을 복용 시작합니다.
  3. 샘플을 그린 후 주사기를 제거하기 전에, 클램프 (D.4)를 연결합니다. 그리고 샘플링 주사기를 제거하고 단단하게 대응하는 플라스틱 캡 (D.6)와 튜브 커넥터 (D.5)를 닫습니다.
  4. 즉시 모든 포트에서 샘플링 단계 7.1-7.3를 반복합니다.
  5. 샘플의 다음 세트마다 24 시간을 수집합니다.
    주의 : 다른 시간 단계에서 추가 샘플의 경우, 작은 AM을 제거 할 필요가있다샘플 ount (예를 들어, 0.2 내지 0.4 mL) 중 초기 샘플 전에는 샘플링 튜브의 내부에 잔존 매체를 제거하고, 컬럼 내부에서 대표 샘플을 달성하기 위해 수행 될 수있다.

분석 8. 방법

  1. 산소 정량 :
    주 : 관류 매질과 칼럼의 헤드 스페이스 내의 산소 농도를 비 침습적으로 정량화 비파괴 광학 산소 센서 및 0.5 × 0.5 cm (소위 optodes) 산소에 민감한 형광 호 패치를 사용하고, 함께 붙어 실리콘 접착제 (A.6)를 사용하여 칼럼의 내부 유리 벽. 또한, 산소에 민감한 포일 패치 안정적인 측정을 달성하기 위해 페 종 둔감 것을 확보 하였다.
    1. 열에서 사용되는 optodes에 대한 적절한 교정 매개 변수를 사용하여 컴퓨터 소프트웨어를 교정해야합니다. 광학 산소 센서는 특정 calibrat와 함께이온 측정에 대응하는 PC 제어 광섬유 산소 측정기를 사용.
    2. 측정을 시작하고 컬럼의 투명 유리 벽 안쪽에 붙어있는 산소에 민감한 호일에 직각으로 산소 측정기의 고분자 광섬유를 개최주의하십시오.
    3. 열 걸쳐 매 O 2 측정 지점에 대해 측정을 반복합니다.
  2. 철 (II) 수용액과 샘플의 총 철 분석 :
    1. 철 (II)은 중성 pH에서 빠르게 공기 중의 산소에 의해 산화되기 때문에, 1 M HCl 용액을 즉시 수성의 Fe (II) 정량 액체 샘플을 안정화. 하나의 최종 샘플 볼륨 ml를 0.5 ml의 2 M HCl로 0.5 ㎖의 액체 시료를 혼합한다.
    2. 30 분 동안 (1 M 염산 10 중량 % / V) 히드 록실 아민 염산염과 1 M 염산 - 안정화 된 샘플의 분취 량을 배양 한 후에 총 철 정량화. 이 시약은 감소 후 Ferrozine 분석을 통해 정량화 될 수의 Fe (II)에 대한 모든 철 (III),
    3. 마이크로 타이 터 플레이트 판독기를 사용하여 분석을 수행 Ferrozine. 562 nm 파장에서의 흡광도를 측정한다. 검출 철 (II) 및 총 철 농도의 범위 내에서 기준을 가지고해야합니다.
      주 : 액체 시료에서 철 농도는 표준 교정을 초과하면, 1 M HCl로 안정화 된 샘플을 희석 할 필요가있다.
    4. 총 철 및 Fe (II)의 차이에 의해 철 (III)의 농도를 계산한다.

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Representative Results

제어 실험

비 생물 제어 실험 (십일)이 지속적으로 낮은 산소 농도를 보여 주었다 (O 2 <유한 요소 (II에서 유의 한 변동와 0.15 ㎎ / ℓ)) -profile 위로 향하는 물기둥을 통해. 석출물의 형성은 (아마도의 Fe (III) (oxyhydr-)의 산화물) 배지 저장조와 연결을 통해 10 일 일부 산소 확산을 나타내는 500 μM 내지 440 μM의 총 철 (II) 농도의 약간의 감소 고무 (예 E.6도에서 gp.1 1) (22)이 실험은, 합리적으로 달성 하였다 최저 산소 농도 ≤0.15 ㎎ / ℓ이었고 민감한 산소 정량 및 검출 한계의 범위이다. 0.03 ㎎ / ℓ. 0.15 ㎎ / ℓ 이하의 산소 값은 R 용으로이 논문의 emainder는 "무산소"이라한다.

생물 실험

가시 매개 세포 성장 및 수층의 변화

석출물 볼 수 없었다 일 0 (그림 2 A)에 접종하기 전에. 이는 열이 적절하게 설정임을 표시하고 (도 3과 비교)의 Fe (II)의 산화 및 Fe의 형성 (III) 석출으로 이어질 수있는 산소가 존재하지 않는 것이다. 이도 4a에 프로파일에 도시 된 바와 같이 결과적으로, 철 (II)의 농도가 위로 향하는 수층에 걸쳐 일정 하였다.도 2 (A)는 광 그래디언트 내의 상부 6cm로 좁혀진 것을 나타낸다열 실린더 내의 유리 비드 행렬을 이용하여 수층.

접종 후 84 시간 물 컬럼의 상단 2.0 cm 이내의 녹색은 시아 노 박테리아 (도 2 B)의 성장을 나타낸다. (도 2의 화살표 B에 의해 강조) -3 cm의 깊이에서 주목할 오렌지 광 대역 녹색 대역 아래의 박테리아에 의해 생성 된 분자 산소의 Fe (II) 산화시 형성된 철 - 석출물에 기인한다. 유사 침전물은 물 기둥의 표면에서 볼 수 있었다. 박테리아에 의해 O (2)의 생산을 나타내는 접종 (도 2 B) 후 수층 표면 84 시간에 형성된 빛 오렌지색 포말. 상기 가스 방출 인해 산소에 물기둥 아마도 형성된 표면의 침전물표면. 잔여 철 (II)은 결국 표면에 산화 유리 비드 매트릭스 침전물을 형성 하였다.

산소 그라데이션

0 일에 접종하기 전에, 액체 배지의 초기 O 2 농도를 측정 하였다.도 3a를도 분명히 전체 수층 걸쳐 O 2 농도가 지속적으로 대조 실험에서 농도 본 이하임을 보여준다. 사전 접종 O 2 -concentration는 0.13 밀리그램 / LO 2 (O 2 평균 = 0.099 ± 0.002 ㎎ / ℓ)의 값을 초과하지 않습니다. 이 열이 접종에 무산소 이전을 나타냅니다.

그림 3 B는 O 2 농도의 증가에 보여줍니다시아 노 박테리아 접종 후 84 시간. 이것은 가시 녹색 매스 (도 2 B)와 함께 광합성 생산 열의 O (2)의 축적과 일치한다. 84 시간 후 O 2 농도는 물 열 표면 아래 -0.5 cm의 깊이에 O 2 = 29.87 ㎎ / ℓ의 최대 농도를 달성했다. 그림 3 B의 O 2 값은 O 2 레벨이 물기둥 (O 2> 0.15 ㎎ / ℓ) 내에서 상위 8.5 cm의 배경 농도보다 항상 있었다 나타냅니다. 눈에 띄게 높은 O 2 농도 (> 0.50 ㎎ / ℓ)를 물 열 표면 아래 -0.5 -5.5 센티미터 깊이에서 검출되었다. O 2의 가장 낮은 측정 값과 함께 0.15 mg의 -10.5 cm 아래 깊이에서 / L, ≤ O 2의 낮은 농도 = 0.09 밀리그램 / -20.5 cm의 깊이에서 L은 살전을 나타냅니다전자 분야는 무산소했다.

철 (II) 그라데이션

그림 4 A는 철 0 일에 (II) 농도, 사전 시아 노 박테리아 접종으로는, 철의 평균 농도로 물 칼럼을 통해 일정한 것을 보여줍니다 (II) 평균 = 282.6 ± 6.8 μM. 0 일에 중간 저장의 농도는 철 (II) 저수지 = 320.4 ± 11.6 μM이었다.

유한 요소 (II)의 농도가 수층 내의 상부 9cm 상당히 감소 박테리아 접종 후 84 시간. 4 B를 그림의 Fe 농도 (II)의 상면 감소 별개의 Fe (II) 구배를 도시 물 열입니다. 그러나 철 (II)는 여전히 물기둥의 표면에서 검출되었다. 일 즉 최저의 Fe (II)의 농도가 검출 -0.9 cm 깊이에 직접적으로 액체 매질 표면 아래였다. 철 (Ⅱ)의 Fe 농도의 깊이에 따라 증가 (II) = 철에 -0.9 cm에서 9.9 ± 2.8 μM (II) = -8.9 cm의 깊이에서 258.6 ± 3.1 μM, 깊이 이상 철 (Ⅱ) 경사 가파른 긍정적 인 선형을 형성하는 ([철 (II) D] = (D + 1.278) ∙ 0.031 -1; D : 깊이 (cm) ; R 2 = 0.9694) 상위 6.8 cm로 제한. -7 cm 깊이 아래 액체 매질 영역은 눈에 띄게 변하지 및 Fe 그들의 농도의 유의 한 감소를 보여주지 (II) 0 일에서의 Fe (II)에 대한 초기 값과 비교하여 (T 시험; p> 0.05).

그림 1
그림 1. 회로도 실험 설정합니다. 항목에 대한 영숫자 코드는 표 2에 나와있는 부분을 참조하십시오.= "https://www.jove.com/files/ftp_upload/54251/54251fig1large.jpg"대상 = "_ 빈"HREF>이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 2
그림 2. 열 전 실린더와 시아 노 박테리아 접종 후 84 시간에 걸쳐 유리 구슬 매트릭스에 표시 변경. 핑크 사각형 산소 센서입니다. (A) 닫기 접종 전에 설정 열의 상단 6cm의 닫습니다. 가시광 구배를 도시하는 액체 충​​전 칼럼. 유리 비드 매트릭스 상부 6cm로 가시광 그라데이션 좁아.   닫기 접종 후 상단 6cm 84 시간의 최대 (B). 녹색 광 강도가 가장 높은 탑정에서 조밀 보이는 바이오 매스를 나타낸다. 철의 형성에서 뚫고 희미하게 보이는 오렌지 밴드, 화살표 포인트(III) 시아 노 박테리아에 의해 생성 된 분자 O 2에 의해 철 (II), 산화에 의한 침전. 물 열 표면 위에 희미하게 보이는 오렌지 폼의 Fe (Ⅲ)도 침전을 나타냅니다. 표면을 통해 O 2 가스 방출이 이외에 Fe (III) 침전 발포시킨다. 충전 컬럼 실린더 (C) 개요. 시아 노 박테리아의 눈에 보이는 성장이 깊이 제한 빛 가용성으로 인해 위 4cm로 제한됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 3
물 이전 열과 y 축에 깊이 박테리아. 제로 cm 접종 후 84 시간 내에도 3 산소 프로필 물 기둥, 트러스, 빔을 나타낸다백만 표면. 음의 값은 물 열 내에서 깊이를 나타내는 반면, 깊이에 대한 양수 값은, 액체 매질 수준의 위 헤드 스페이스를 참조하십시오. x 축에 O 2 농도의 로그 스케일을합니다. 수직 점선은 무산소 조건 (O 2 ≤ 0.15 ㎎ / ℓ)에 대한 임계 값을 나타냅니다.   접종 전 (A) 산소 프로필 [0 시간]. O 2의 값은 지속적으로 아래 0.13 밀리그램 / 물 열을 통해 L이었다. (B) 산소 프로필 접종 후 84 시간. O 2는 물기둥 상부 5.5 cm 0.5 ㎎ / ℓ 이상이었다. O 2 농도는 -8.5 센티미터 깊이 위 지역의 배경 농도 (≥ 0.15 ㎎ / ℓ, 점선)보다 높았다. 깊은 지역은 0.15 ㎎ / ℓ ≤ O 2 무산소 있었다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오. 그림 4
물 전에 열 및 시아 노 박테리아 접종 후 84 시간 그림 4의 Fe (II) 프로필 참고 :. 오차 막대가 Ferrozine 분석 한 시료의 세중의 측정에서 추론 기술 복제를 나타냅니다. 접종 전 (A)의 Fe (II) 프로필 [0 시간]. (II) 철의 값은 철에 대한 평균 값으로 물기둥에 걸쳐 일정한했다 (II) 평균 = 282.6 ± 6.8 μM. 단일 샘플의 Fe (II) 정량화에서의 Fe (II) 프로파일 결과의 변화. 샘플 삼중의 철 (II) 정량 가능성이 적은 변화로 이어질 것입니다. (B)의 Fe (II) 프로필 접종 후 84 시간. 물 열 내에서 상단 6.8 cm의 눈에 띄게 낮은 철 (II) 농도. 철 (II) -8.9 센티미터 깊이 아래 값은 철을 더 보여(II) 크게 시아 노 박테리아 접종하기 전에 초기의 Fe (II) 값 다르지 않다 농도 (T-테스트; P <0.05). 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

장비 수량 항목 설명 정보 세부 사항
상표 주문 번호 참조 ADRESS
1 Widdel 플라스크 (5 L) OCHS 110015 labor-ochs.de
유리 병 (5 L) Rotilabo Y682.1 carlroth.com
유리 피펫 (5 mL) 중 51714 labor-ochs.de
1 0.22 μm의 Steritop 필터 유닛 (0.22 μm의 폴리 에테르 설폰 막) 밀리 포아 X337.1 carlroth.com
0.5 m (2) 알루미늄 호일 -
용품 - N 2 - 글로브 박스 (100 % N 2) -
- N 2 / CO 2 - 가스 (90/10, v / V를 50 밀리바) -
1 면 가득 멸균 루어 잠금 유리 주사기, C681.1 carlroth.com
1 루어 잠금 스테인리스 바늘 (150mm, 1.0 mm의 ID) 201015 labor-ochs.de
화학 4.8 L MQ-물 -
5 L 매체 솔루션 100 그램 염화나트륨 433209 sigmaaldrich.com
34g 황산 208094 sigmaaldrich.com
7.5 g 염화칼슘 (2) C4901 sigmaaldrich.com
1.25 g NH 4 CL A9434 sigmaaldrich.com
0.34 g KH 2 PO 4 P5655 sigmaaldrich.com
0.45 g KBr을 P3691 sigmaaldrich.com
3.3 g KCl을 P9541 sigmaaldrich.com
200 ml의 무산소 나 2 HCO 3 -buffer 용액 (22 mM)을 -
15 mg의 셀레늄과 텅스텐 용액 (완. 우 외. 2014) -
5 ml의 2 S 2 O 3 용액 (1 M) -
2.5 ml의 해양 광 영양 생물 (MP) 비타민 용액 (완. 우 외. 2014) -
5 ml의 MP 추적 요소들olution (완. 우 외. 2014) -
참고
우, W., Swanner, ED, 하오, LK, Zeitvogel, F., OBST, M., 팬, YX, 카플러, A. (2014). 의미 선캄브리아의 Fe (II) 산화 - 해양 anoxygenic 광합성의 Fe (II) 산화제 Rhodovulum의 iodosum의 생리 및 세포 미네랄의 상호 작용의 특성. FEMS 미생물 생태학, 88 (3), 503-515.

1. 중간 제조. 장비 목록 배양 배지의 제조를위한 공급 및 화학.

<TD> <TD>
수량. 참조. 항목 설명 정보 세부 사항
...에 대한 1 (에이) 유리 실린더 Y310.1 carlroth.com * 사용자 정의 유리 제조 시설에 의해 수정
2g (A.1) 유리 양털 7377.2 carlroth.com
1.03 L (A.2) 유리 구슬 (0.55 ø - 0.7 mm) 11079105 biospec.com
6 (A.3) 부틸 고무 마개 (1.2 cm ø) 271024 labor-ochs.de
1 (A.4) 페트리 접시, 유리 (ø 8.0 cm) T939.1 carlroth.com
40 ml의 (A.5) 폴리머 접착제 OTTOSEAL S68 adchem.de
(11) (A.6) 광학 산소 센서 호일 (산소 분석을 위해, 아래 참조) - 요청 - presens.de
...에 대한 4 (비) 중간 땀샘
4 (B.1) 고무 호스 (35mm, 7mm의 ID) 770350 labor-ochs.de
4 (B.2) 루어 락 커넥터 튜브 (3.0 mm, 루어 로크 남성 = LLM) P343.1 carlroth.com
4 (B.3) 루어 락 커넥터 튜브 (3.0 mm, 루어 로크 암 = LLF) P335.1 carlroth.com
4 (B.4) 고무 호스 (25mm, 0.72 mm의 ID) 2600185 newageindustries
.COM
...에 대한 1 (기음) 헤드 스페이스 가스 교환 패널
1 (C.1) 고무 호스 (50mm, 7mm의 ID) 770350 labor-ochs.de
(C.2) 루어 잠금 스테인리스 바늘 (150mm, 1.0 mm의 ID) 201015 labor-ochs.de
(C.3) 루어 잠금 유리 주사기 (10 mL) 중 C680.1 carlroth.com
2g (C.4) 느슨한면 -
(C.5) 부틸 고무 마개 (1.75 cm ø) 271050 labor-ochs.de
1 (C.6) 스테인레스 스틸 바늘 (40mm, 1.0 mm의 ID) Sterican 4665120 bbraun.de
1 (C.7) 루어 잠금 스테인레스 스틸 바늘 (150mm, 1.5 mm의 ID) 201520 labor-ochs.de
(LLF) 위치 : 루어 잠금 여성 connectoC.7에서 R 부
10 ml의 (C.8) 폴리머 접착제 OTTOSEAL S68 adchem.de
...에 대한 1 (디) 샘플링 포트
1 (D.1) 스테인레스 스틸 바늘 (120mm, 0.7 mm의 ID) Sterican 4665643 bbraun.de
1 (D.2) 고무 호스 (40mm, 0.74 mm의 ID) 2600185 newageindustries
.COM
(D.3) 열 수축 튜브 (35mm, 3 밀리 ID는 축소) 541458-62 conrad.de
1 (D.4) 튜브 클램프 STHC-C-500-4 tekproducts.com
1 (D.5) 루어 잠금 튜브 커넥터 (1.0 mm, LLF) P334.1 carlroth.com
1 (D.6) 루어 잠금 플라스틱 캡 (LLM) CT69.1 carlroth.com
...에 대한 1 (이자형) 중간 병
1 (E.1) 유리 병 (5 L) Rotilabo Y682.1 carlroth.com
1 (E.2) 부틸 고무 마개 (GL45 용) 444704 labor-ochs.de
1 (E.3) 스테인레스 스틸 모세관 (300mm, 0.74 mm의 ID) 56736 sigmaaldrich.com
1 (E.4) 스테인레스 스틸 모세관 (50mm, 0.74 mm의 ID) 56737 sigmaaldrich.com
4 (E.5) 튜브를 축소 (35mm는 3mm ID는 축소) 541458-62 conrad.de
(E.6) 고무 튜브 (100mm, 0.74 mm의 ID) 2600185 newageindustries
.COM
1 (E.7) 루어 잠금 튜브 커넥터 (1.0 mm, LLF) P334.1 carlroth.com
1 (E.8) 루어 잠금 유리 주사기 (10 mL) 중 C680.1 carlroth.com
1g (E.9) 느슨한면 -
1 (E.10) 부틸 고무 마개 (1.75 cm ø) 271050 labor-ochs.de
1 (E.11) 스테인레스 스틸 바늘 (40mm, 0.8 mm의 ID) Sterican 4657519 bbraun.de
...에 대한 1 (에프) 중간 유통 패널
1 (F.1) 루어 잠금 유리 주사기 (5 mL) 중 C679.1 carlroth.com
1 (F.2) 부틸 고무 마개 (1.75 mm ø) 271050 labor-ochs.de
(F.3) 스테인레스 스틸 바늘 (40mm, 0.8 mm의 ID) Sterican 4657519 bbraun.de
(F.4) 고무 호스 (40mm, 0.74 mm의 ID) 2600185 newageindustries
.COM
...에 대한 (지) 방전 병
(G.1​​) 유리 병 (2 L) Rotilabo X716.1 carlroth.com
(G.2) 부틸 고무 마개 (GL45 용) 444704 labor-ochs.de
4 (G.3) 스테인레스 스틸 모세관 (50mm, 0.74 mm의 ID) 56736 sigmaaldrich.com
(G.4) 고무 호스 (30mm X 0.74 mm ID) 2600185 newageindustries
.COM
(G.5) 고무 튜브 (100mm X 0.74 mm ID) 2600185 newageindustries
.COM
(G.6) 루어 잠금 튜브 커넥터 (1.0 mm, LLF) P334.1 carlroth.com
1 (G.7) 루어 잠금 3 방향 커넥터 (LLF 2 배 LLM) 6134 cadenceinc.com
추가 장비
1 (엘) 광원 삼성 SI-P8V151DB1US samsung.com
1 (피) 연동 펌프 Ismatec EW-78017-35 coleparmer.com
4 (PT) 펌프 튜브 (0.89 mm ID) EW-97628-26 coleparmer.com
4 (S1 / 2) 스테인레스 스틸 모세관 (200mm, 0.74 mm의 ID) 56736 sigmaaldrich.com
4 (W3 / 4) 스테인레스nless 스틸 모세관 (400mm, 0.74 mm의 ID) 56737 sigmaaldrich.com
(GP) Supel - 불활성 호 (테 들러 - PFC) 가스 팩 (10 L) 30240-U sigmaaldrich.com
(gp.1) 고무 튜브 (30mm, 6mm의 ID) 770300 labor-ochs.de
1 (gp.2) 루어 잠금 튜브 커넥터 (3.0 mm, LLM) P343.1 carlroth.com
1 (gp.3) 루어 잠금 튜브 커넥터 (3.0 mm, LLF) P335.1 carlroth.com
용품 - N 2 / CO 2 - 가스 라인 (90/10, v / V를 50밀리바) -
- 기밀 주사기 (20 mL) 중 C681.1 carlroth.com
1 - 분젠 버너 -
1 - 산소 정량 광섬유 산소 측정기 Presens TR-FB-10-01 presens.de
1 - 진공 펌프 -
1 - 산소 optodes를위한 실리콘 접착제 Presens PS1 presens.de
- (-)되어 일반적으로 사용되지 같은 항목은 대시로 표시pecific 항목

실험 장치 장비의 2 열 설정. 수량, 숫자 참조 번호 및 항목 설명.

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Discussion

선캄브리아 바다에서 미생물 커뮤니티에 의해 규제, 또는 활동의 결과 및 일반적인 화학적 조건으로 수정되었습니다. BIF의 기원을 해석에서 연구자들은 일반적으로의 퇴적 또는 BIF의 지구 화학, 예를 들면, 스미스 등. (23)와 존슨 등. (24)에 따라 미생물의 존재 활동을 추론. 고대의 환경 지구 화학적 유사체가 현대적인 환경에서 현대 생물의 연구는 가치있는 접근 방식, 예를 들어, 크로우 등. (11)와 Koeksoy 등. (14)이다. 세 번째 방법은 선캄브리아 바다에서 일어나는 프로세스를 모의 실험 설계 시스템, Krepski 등의 생물을 이용된다. 25. 이러한 유형의 접근법은 특정 가설 테스트, 화학 또는 현대 시스템에 존재할 수있는 생물학적 요인을 제거하기 위해 유용하지만 아니었다선캄브리아 바다 (예를 들어, 수생 식물과 동물)의 일부. 따라서 우리는 (시아 노) 세균 및 화학적 프로파일 생성에 미치는 영향의 활성을 제어 실험실 조건에서 평가 될 수있는 동적 인 실험실 승이 시스템에 대한 개념 증명 방법을 제시한다. 우리의 열은 유기체 BIF의 퇴적에 기여하는 프로세스, BIF에 유지 biosignatures 대한 가설을 테스트하기 위해 사용될 수있다.

그 조립체는 이해할 쉽게 전도성 그래서 우리는 열 셋업 프로토콜을 최적화. 그러나 프로토콜의 일부 단계를주의 깊게 다루어 이상적 어시스트 사람의 도움으로 수행 될 필요가있다. 특히, 열 실린더 배지 병의 연결이 산소와 매질 액의 오염을 피하기 위하여 신속하게 수행되어야한다. 비 멸균 실험 조건 하에서 비 멸균 장비 또는 작업의 사용을 초래한다 I실험 및 신뢰할 수없는 결과의 오염을 n 개의. 따라서 실험을 설정하고 샘플을 수집하는 동안 장비 소독 (층류 후드 또는 분젠 버너 옆 40cm에서 작동) 무균 상태를 유지하기 위해 불가결이다. 또한, 상기 컬럼 물질의 일부​​ 물리 화학적 파라미터는 열 실험에 장시간 셋업 위에 화학적 변화를 일으켰다. 고무 튜브로 만들어진 부품은 크게 매체 저장 병에 영향을 미치는 매체 용액에서의 Fe (II)의 산화 광물의 침전으로 이어질 수있을만큼 높은 산소 확산 계수를 갖고있는 것 같다. 의 비 생물 적 소비> 10 %의 Fe 때문에 (비교 : 대표 결과는) 10 일 비 생물 적 실험 기간 동안 강수량 (II) 필요가 미래의 장기적인 실험을 위해 고려되어야하는. 본 연구에 사용 된 광원 상부 6cm 내 하강 류 등 구배를 만들어열. 빛 스펙트럼 인 Synechococcus에서 엽록소 a와 b의 광합성 활성 파장을 포함하고 성장과 광합성 활동을 허용했다. 실제로, 광원 두 사람 광합성 유기체에 대한 가장 중요한 파라미터 중 하나이며, 광의 양과 질이 높은 광합성 세균 11,13 영향을 미칠 수있다. 파장 또한 캄브리아기 동안 높은 UV 방사선을 고려 스펙트럼 범위의 변화는 더욱 빛을 따라 생지 화학적 반응에 대한 통찰력을 허용 할 수있다. 광 배양 실험 동안, 우리는 광이 샘플링 포트를 통해 상기 증류탑의 저부에 발광하는 열의 유리 벽을 통해 수행되었음을 주목. 미래 실험 열의 맨 유리 비 광전 유리로 대체되어야한다. 내에서 빛 기울기를 측정 더 쉽고 저렴한 방법이 없었다으로 빛의 그라데이션은, 모의 셋업에서 측정해야폐쇄 열 시스템을 사용할 수 있습니다. 우리는 인해 세포와 미네랄에 의한 빛의 흡수에 빛의 최대 침투 깊이에서 시간이 지남에 큰 변화를 가정합니다. 실험 기간 동안 현장에서 빛 기울기를 측정하는 것은 미래의 실험에 대한 관심이 될 것입니다. 유리 비드 매트릭스 및 외부로부터의 산란광의 정량화에 광산란 비드의 사용은 시간이 지남에 따라 소정의 깊이에 비해 빛의 유용성을 정량화 할 수있을 것이다. 또 개선 접착 할 필요가없는 덮개를 포함 할 것이다, 그러나 쉽게 부착 플랜지와 둘러싸는 클램프를 제거 할 수 있습니다. 4 점 용지 공급 및 배출 포트는 칼럼 내의보다 균일 유동장 될 것이다. 액체 샘플 메인 샘플링 포트 좁은 위치는 컬럼 내에서 생물학적 및 화학적 구배 샘플링 고해상도 될 것이다.

그럼에도 불구하고, 첫번째 결과를 보여수직 관류 열 용승 시스템에서 미생물 처리 및 화학적 변화를 조사하기위한 적합한 실험 장치로 간주 될 수 D. 우리는이 열은 시스템의 전체 기능을 증명 프로토 역할을 주장. 산소 및 Fe (II) 결과 사이의 chemocline는 시아 노 박테리아는 철에있는 경우 것으로 퇴적 지구 화학에서 또한, 우리의 결과는 널리 개최 유효성을 검사 가정, 모델링 결과 및 추론 (II)이 풍부한 용승 시스템 (20). 접종하기 전에 무산소 조건은 시아 노 박테리아 또는 산소를 광합성을 할 수있는 미생물에 의해 식민지 전에 캄브리아기 바다를 반영합니다. 지표수의 산소의 상승으로, 용승의 Fe (II)의 산화 및 Fe (Ⅲ) 등 chemocline 및 광물 형성 BIF (26) 국지적 인 설립의 증착 동안 발생 등의 미네랄이, 지구 화학을 추정하기 위해 평가 될 수있는 침전된다 큰 규모의 환경에 프로세스에스. 그러나 자연 (고대) 환경 평가 결과를 업 스케일링에 대한 추가적인 물리적 과정이 고려 될 필요가있다. 이류 측면 전송, 예를 들면, 표면 바다에서 바람에 의한 난류와 동일한 chemocline의 설립을 방해 할 수 있습니다.

철 (II), 총 철 측정 및 비 침습성 O 2 정량 수층 액체 시료의 추출은 간단하고 신속하며 신뢰성있는 방법으로 이들 화학 종의 반응 앞의 진화를 추적 할 수 있었다 . 비 생물 제어 실험에서 설정 한 컬럼에서 가져온 샘플의 낮은 철 (III) 농도는 분명히 몇 가지 산화 미디어 병에서 발생하지만, 열 자체가 외부 O 2 유입 밀폐 것을 나타냅니다. 또한, 이러한 결과는 우리의 샘플링 프로토콜의 Fe (II) 정량 무산소 샘플을 유지하고 있음을 나타냅니다. pH의 변화는 열 experimen 동안 기록되지 않은t는 및 Fe-분화에 지배적 인 영향을 미칠 수 있습니다. 그러나, 현재의 관류 시스템은 헤드 스페이스에서 무산소 N 2 / CO 2 분위기 평형이며, 적어도 84 시간에 대한 환 - 중성 pH를 유지할 수 있도록 22 밀리미터의 NaHCO3로 완충 하였다. 그럼에도 불구하고, 산도의 원위치 부량 완전히 화학적 잠재적 인 장기 실험에서 프로세스 및 (고대) 대양 시스템에 외삽을 이해하는 중요한 매개 변수 일 수있다. 열 실린더 내의 설정 화학적 구배를 안정화시키기 위해 사용되는 유리 비드 매트릭스, 수층의 하부 표면에 철 - 침전물의 축적되었다. 우리는 축적 된 침전물은 우리의 84 시간 실험에 지배적 인 영향을 미치지 않는 가설. 그러나, 분해 바이오 매스는 철 자전거가 발생할 철 - 침전에 산화 환원 과정을 유도 할 수 있습니다. 이는 잠재적 인 장기 (<84 시간) 실험에 관한 고려 될 필요가있다. 실제로, 광유도 철 - 산화 환원 순환과 철 철 풀에 철의 방출은 관찰 복제 장기 (이십일일) 실험 (우, W., Maisch, M., 카플러, A., 팬, Y. 정량화 될 수있다 , Swanner, ED 광화학 철 및은 (III) 감소 철 (II)는 시생대 산소 오아시스 안정화. 지질. (사전에.)).

다음 칼럼 실험 배지 조성물에 각종 미생물 및 변형을 모두 포함한다. 이것은 캄브리아기 바다의 변화 동안 여러 단계에 대한 대표하는 다양한 환​​경 조건의 시뮬레이션을 할 수 있습니다. 예를 들어, 실리카는 선캄브리아 해수 27 존재 0.67 내지 2.2 mm의 농도를 시뮬레이션하는 배지에 첨가 될 수있다. 또한 상기 매체의 황산 용액의 농도는 선캄브리아 해수의 조성의 변화를 해결하기 위해 변경 될 수있다. 배양 매체의 변화 가능성이 페이지에 영향을 미칠 것이다hysiology 현재 열 설정은 우리가 현장에서 조사 할 수 있도록 물 열 (19)의 지구 화학적 패턴에 미생물의 효과. 그 외에도, 예측 실험은 광합성의 Fe (II) -oxidizing 박테리아 (예 카플러 외.) 28, 호기성의 Fe (II) -oxidizing 박테리아 (예 Krepski 외.) (29)과 같은보다 복잡한 미생물 군집을 포함한다 및 시아 노 박테리아. 열 실험은 줄무늬 철 구조물의 증착이 미생물 프로세스의 개별 기여를 떨어져 애타게하는 데 도움이 될 것입니다. 그러나 고대 (현대) 환경에 대한 해석과 외삽에 대해 매우 신중하게 유도 할 필요가있다. 수직 철 (II) 플럭스하는 빛의 영역 빛 그라데이션, 무산소 분위기와 시아 노 박테리아 : 단지 현재의 연구 모델 잠재적 인 선캄브리아 용승 바다 물 컬럼의 기본 기능에서 시뮬레이션 된 미생물의 서식지. 광고에서시 조건은 인공 승이 시스템 조건은 잠재적으로이 농도는 연속적으로 더 높은 철 (II) 산화 속도에 이르게 상승 O 반면 인해 잠재적으로 높은 O이 생산 속도 선도 일정한 온도 및 24 시간의 조명 조건에 박테리아의 성장을 선호 . 따라서 본 연구는 BIF 기원에 관한 한 실험 만능 가설로 해석 할 수 없습니다.

그럼에도 불구하고, 설정이 다양한 화학적 프로세스에서 현장 조사 및 특정 경계 조건 (광 가용성, 배지 조성, 플럭스)의 변화 및 시뮬레이션 할 수 있습니다. 실험실 통제 된 조건 하에서 하나의 매개 변수와 화학적 상호 작용의 정량화는 고대와 현대의 환경에 대한 통찰력을 제공 할 수 있습니다. 또한, 열 시스템은 지구 화학적 조건이 미생물의 활성을 조절하는 방법에 대한 가설을 테스트하기 위해 우리가 할 수 있습니다. 예를 들어, 가설왔다선캄브리아 용승 시스템에서 높은 철 (II) 농도 인해 햇볕에 쬐, 산소 환경 (20)의 Fe (II)의 독성에 제한 광합성 산소 생산을 가질 수있다 라. 미래 조사 별도로 화학적 플럭스 인조 물 열에 반응 속도의 정량적 화학량 계산을 허용 체적 비율을 포함한다. 단일 관찰 후 개별 환경 시뮬레이션 모델을 평가하기 위해 연결됩니다. 열이 설정으로, 우리는 지금 해양 초기 지구 조건 (20)를 나타내는 원위치 용승 시스템에서 높은 철 (II) 빛의 플럭스에 (시아 노) 박테리아의 직접적인 스트레스 반응을 조사 할 수 있습니다. 열은 또한 철은 (II) (예, Czaja 산화되는 위로 향하는 방식에 따라 예를 들면, 철 동위 원소 조성물의 진화를 미생물의 활동에 의해 생성 된 화학적 서명에 관한 가설을 테스트하기 위해 사용될 수있다등.) 30. 또한, 칼럼 내의 화학적 구배를 안정화 유리 구슬 모래 또는 퇴적물로 대체 될 수있다. 미생물 (예를 들어, 멜튼 등.) (31)에 의해 거주 해양 또는 담수 퇴적물에서 개발 수있는 화학적 그라디언트의 시뮬레이션이 열을 적용하는 것이 가능하다.

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Disclosures

저자는 공개 아무것도 없어.

Acknowledgments

마크 노프 호프는 배관 연결의 설계 및 구현에 도움. 엘렌 STRUVE 선택하고 사용하는 장비를 획득 할 수있었습니다.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Widdel flask (5 L) Ochs 110015 labor-ochs.de
Glass bottles (5 L) Rotilabo Y682.1 carlroth.com
Glass pipettes (5 ml) 51714 labor-ochs.de
0.22 µm Steritop filter unit (0.22 µm Polyethersulfone membrane) Millipore X337.1 carlroth.com
Aluminum foil
Sterile Luer Lock glass syringe, filled with cotton C681.1 carlroth.com
Luer Lock stainless steel needles (150 mm, 1.0 mm ID) 201015 labor-ochs.de
NaCl Sigma 433209 sigmaaldrich.com
MgSO4 Sigma 208094 sigmaaldrich.com
CaCl2 Sigma C4901 sigmaaldrich.com
NH4Cl Sigma A9434 sigmaaldrich.com
KH2PO4 Sigma P5655 sigmaaldrich.com
KBr Sigma P3691 sigmaaldrich.com
KCl Sigma P9541 sigmaaldrich.com
Glass cylinder Y310.1 carlroth.com
Glass wool 7377.2 carlroth.com
Glass beads (ø 0.55 - 0.7 mm) 11079105 biospec.com
Butyl rubber stopper (ø 1.2 cm) 271024 labor-ochs.de
Petri Dish, glass (ø 8.0 cm) T939.1 carlroth.com
Polymers glue OTTOSEAL S68 adchem.de
Optical oxygen sensor foil (for oxygen analysis, see below) – on request – presens.de
Rubber tubing (35 mm, 7 mm ID) 770350 labor-ochs.de
Luer Lock tube connector (3.0 mm, Luer lock male = LLM) P343.1 carlroth.com
Luer Lock tube connector (3.0 mm, Luer lock female = LLF) P335.1 carlroth.com
Rubber tubing (25 mm, 0.72 mm ID) 2600185 newageindustries.com
Rubber tubing (50 mm, 7 mm ID) 770350 labor-ochs.de
Luer Lock stainless steel needle (150 mm, 1.0 mm ID) 201015 labor-ochs.de
Luer Lock glass syringe (10 ml) C680.1 carlroth.com
Loose cotton 
Butyl rubber stopper (ø 1.75 cm) 271050 labor-ochs.de
Stainless steel needle (40 mm, 1.0 mm ID) Sterican 4665120 bbraun.de
Luer Lock stainless steel needle (150 mm, 1.5 mm ID) 201520 labor-ochs.de
position: Luer Lock female connector part at C.7
Polymers glue OTTOSEAL S68 adchem.de
Stainless steel needle (120 mm, 0.7 mm ID) Sterican 4665643 bbraun.de
Rubber tubing (40 mm, 0.74 mm ID) 2600185 newageindustries.com
Heat shrink tubing (35 mm, 3 mm ID shrunk) 541458 - 62 conrad.de
Tube clamp STHC-C-500-4 tekproducts.com
Luer Lock tube connector (1.0 mm, LLF) P334.1 carlroth.com
Luer Lock plastic cap (LLM) CT69.1 carlroth.com
Glass bottle (5 L) Rotilabo Y682.1 carlroth.com
Butyl rubber stopper (for GL45) 444704 labor-ochs.de
Stainless steel capillary (300 mm, 0.74 mm ID) 56736 sigmaaldrich.com
Stainless steel capillary (50 mm, 0.74 mm ID) 56737 sigmaaldrich.com
Shrink tubing (35 mm, 3 mm ID shrunk) 541458 - 62 conrad.de
Rubber tubing (100 mm, 0.74 mm ID) 2600185 newageindustries.com
Luer Lock tube connector (1.0 mm, LLF) P334.1 carlroth.com
Luer Lock glass syringe (10 ml) C680.1 carlroth.com
Loose cotton 
Butyl rubber stopper (ø 1.75 cm) 271050 labor-ochs.de
Stainless Steel needle (40 mm, 0.8 mm ID) Sterican 4657519 bbraun.de
Luer lock glass syringe (5 ml) C679.1 carlroth.com
Butyl rubber stopper (ø 1.75 mm) 271050 labor-ochs.de
Rubber tubing (40 mm, 0.74 mm ID) 2600185 newageindustries.com
Glass bottle (2 L) Rotilabo X716.1 carlroth.com
Butyl rubber stopper (for GL45) 444704 labor-ochs.de
Stainless steel capillary (50 mm, 0.74 mm ID) 56736 sigmaaldrich.com
Rubber tubing (30 mm x 0.74 mm ID) 2600185 newageindustries.com
Rubber tubing (100 mm x 0.74 mm ID) 2600185 newageindustries.com
Luer Lock tube connector (1.0 mm, LLF) P334.1 carlroth.com
Luer Lock 3-way connector (LLF, 2x LLM) 6134 cadenceinc.com
Light source Samsung SI-P8V151DB1US samsung.com
Peristalic pump Ismatec EW-78017-35 coleparmer.com
Pumping tubing (0.89 mm ID) EW-97628-26 coleparmer.com
Stainless steel capillary (200 mm, 0.74 mm ID) 56736 sigmaaldrich.com
Stainless steel capillary (400 mm, 0.74 mm ID) 56737 sigmaaldrich.com
Supel-Inert Foil (Tedlar - PFC) gas pack (10 L) 30240-U sigmaaldrich.com
Rubber tube (30 mm, 6 mm ID) 770300 labor-ochs.de
Luer Lock tube connector (3.0 mm, LLM) P343.1 carlroth.com
Luer Lock tube connector (3.0 mm, LLF) P335.1 carlroth.com
Gas-tight syringe (20 ml) C681.1 carlroth.com
Bunsen burner
Fiber optic oxygen meter for oxygen quantification Presens TR-FB-10-01 presens.de
Vacuum pump
Silicone glue for oxygen optodes Presens PS1 presens.de

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References

  1. Lyons, T. W., Reinhard, C. T., Planavsky, N. J. The rise of oxygen in Earth's early ocean and atmosphere. Nature. 506 (7488), 307-315 (2014).
  2. Raymond, J., Blankenship, R. E. The origin of the oxygen-evolving complex. Coord. Chem. Rev. 252 (3-4), 377-383 (2008).
  3. Kendall, B., Reinhard, C. T., Lyons, T., Kaufman, A. J., Poulton, S. W., Anbar, A. D. Pervasive oxygenation along late Archaean ocean margins. Nature Geosci. 3 (9), 647-652 (2010).
  4. Olson, S. L., Kump, L. R., Kasting, J. F. Quantifying the areal extent and dissolved oxygen concentrations of Archean oxygen oases. Chem. Geol. 362 (1), 35-43 (2013).
  5. Satkoski, A. M., Beukes, N. J., Li, W., Beard, B. L., Johnson, C. M. A redox-stratified ocean 3.2 billion years ago. Earth Planet. Sci. Lett. 430 (1), 43-53 (2015).
  6. Holland, H. D. Oceans - Possible Source of Iron in Iron-Formations. Econ. Geol. 68 (7), 1169-1172 (1973).
  7. Holland, H. D., Lazar, B., Mccaffrey, M. Evolution of the Atmosphere and Oceans. Nature. 320 (6057), 27-33 (1986).
  8. Klein, C., Beukes, N. J. Time distribution, stratigraphy, and sedimentologic setting, and geochemistry of Precambrian iron-formations. The Proterozoic Biosphere. Schopf, J. W., Klein, C. , Cambridge University Press. 139-146 (1992).
  9. Poulton, S. W., Canfield, D. E. Ferruginous Conditions: A Dominant Feature of the Ocean through Earth's History. Elements. 7 (2), 107-112 (2011).
  10. Busigny, V., et al. Iron isotopes in an Archean ocean analogue. Geochim. Cosmochim. Acta. 133, 443-462 (2014).
  11. Crowe, S. A., et al. Photoferrotrophs thrive in an Archean Ocean analogue. PNAS. 105 (41), 15938-15943 (2008).
  12. Jones, C., et al. Biogeochemistry of manganese in ferruginous Lake Matano, Indonesia. Biogeosciences. 8 (10), 2977-2991 (2011).
  13. Lliros, M., et al. Pelagic photoferrotrophy and iron cycling in a modern ferruginous basin. Sci. Rep. 5 (13803), (2015).
  14. Koeksoy, E., Halama, M., Konhauser, K. O., Kappler, A. Using modern ferruginous habitats to interpret Precambrian banded iron formation deposition. Int. J. Astrobiol. , 1-13 (2015).
  15. Canfield, D. E. A new model for Proterozoic ocean chemistry. Nature. 396 (6710), 450-453 (1998).
  16. Wu, W. F., et al. Characterization of the physiology and cell-mineral interactions of the marine anoxygenic phototrophic Fe(II) oxidizer Rhodovulum iodosum - implications for Precambrian Fe(II) oxidation. FEMS Microbiol. Ecol. 88 (3), 503-515 (2014).
  17. Hungate, R. E., Macy, J. The Roll-Tube Method for Cultivation of Strict Anaerobes. Bull. Ecol. Res. Comm. 17 (1), 123-126 (1973).
  18. Van Baalen, C. Studies on marine blue-green algae. Bot. mar. 4 (1-2), 129-139 (1962).
  19. Sakamoto, T., Bryant, D. A. Growth at low temperature causes nitrogen limitation in the cyanobacterium Synechococcus sp. PCC 7002. Arch. Microbiol. 169 (1), 10-19 (1998).
  20. Swanner, E. D., Mloszewska, A. M., Cirpka, O. A., Schoenberg, R., Konhauser, K. O., Kappler, A. Modulation of oxygen production in Archaean oceans by episodes of Fe(II) toxicity. Nature Geosci. 8 (2), 126-130 (2015).
  21. Stookey, L. L. Ferrozine - a New Spectrophotometric Reagent for Iron. Anal. Chem. 42 (7), 779-784 (1970).
  22. Fitch, M. W., Koros, W. J., Nolen, R. L., Carnes, J. R. Permeation of Several Gases through Elastomers, with Emphasis on the Deuterium Hydrogen Pair. J. Appl. Polym. Sci. 47 (6), 1033-1046 (1993).
  23. Smith, A. J. B., Beukes, N. J., Gutzmer, J. The Composition and Depositional Environments of Mesoarchean Iron Formations of the West Rand Group of the Witwatersrand Supergroup, South Africa. Econ. Geol. 108 (1), 111-134 (2013).
  24. Johnson, C. M., Beard, B. L., Klein, C., Beukes, N. J., Roden, E. E. Iron isotopes constrain biologic and abiologic processes in banded iron formation genesis. Geochim. Cosmochim. Acta. 72 (1), 151-169 (2008).
  25. Krepski, S. T., Emerson, D., Hredzak-Showalter, P. L., Luther, G. W., Chan, C. S. Morphology of biogenic iron oxides records microbial physiology and environmental conditions: toward interpreting iron microfossils. Geobiology. 11 (5), 457-471 (2013).
  26. Posth, N. R., Konhauser, K. O., Kappler, A. Microbiological processes in banded iron formation deposition. Sedimentology. 60 (7), 1733-1754 (2013).
  27. Maliva, R. G., Knoll, A. H., Simonson, B. M. Secular change in the Precambrian silica cycle: Insights from chert petrology. Geol. Soc. Am. Bull. 117 (7-8), 835-845 (2005).
  28. Kappler, A., Pasquero, C., Konhauser, K. O., Newman, D. K. Deposition of banded iron formations by anoxygenic phototrophic Fe(II)-oxidizing bacteria. Geology. 33 (11), 865-868 (2005).
  29. Krepski, S. T., Hanson, T. E., Chan, C. S. Isolation and characterization of a novel biomineral stalk-forming iron-oxidizing bacterium from a circumneutral groundwater seep. Environ. Microbiol. 14 (7), 1671-1680 (2012).
  30. Czaja, A. D., Johnson, C. M., Beard, B. L., Roden, E. E., Li, W. Q., Moorbath, S. Biological Fe oxidation controlled deposition of banded iron formation in the ca. 3770 Ma Isua Supracrustal Belt (West Greenland). Earth. Planet. Sci. Lett. 363 (1), 192-203 (2013).
  31. Melton, E. D., Schmidt, C., Kappler, A. Microbial iron(II) oxidation in littoral freshwater lake sediment: the potential for competition between phototrophic vs. nitrate-reducing iron(II)-oxidizers. Front. Microbiol. 3 (197), 1-12 (2012).

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환경 과학 문제 (113) Geomicrobiology 물 열) 철 (Fe (II) 산화 광합성 시생대 바다 시아 노 박테리아 그레이트 산화 이벤트 호상 철광 층
선캄브리아 해양 용승 시스템 광합성 박테리아의 성장을 탐구하는이 풍부한 철 (II)의 실험실 시뮬레이션
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Maisch, M., Wu, W., Kappler, A.,More

Maisch, M., Wu, W., Kappler, A., Swanner, E. D. Laboratory Simulation of an Iron(II)-rich Precambrian Marine Upwelling System to Explore the Growth of Photosynthetic Bacteria. J. Vis. Exp. (113), e54251, doi:10.3791/54251 (2016).

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