レンティック水域のペリフィトン群集の その場 一次生産性を低コストに測定する方法
Summary
ここでは、実際の in situ 環境温度および光条件下で微生物マットの一次生産性を測定するための費用効果が高く、輸送可能な方法/施設を紹介します。実験セットアップは広く入手可能な材料に基づいており、実験室ベースのモデルの利点を提供しながら、さまざまな条件下で使用できます。
Abstract
生育期勾配におけるペリフィトンの 原位置 一次生産性を測定することで、一次生産性に対する環境ドライバー(主にリン濃度と光強度)と種組成の定量的影響を解明することができます。一次生産性は、主に光強度によって駆動されます, 温度, 栄養素の利用可能性, および真光帯のそれぞれの深さにおける炭酸塩系のイオン種の分布.実験室でシミュレートすることは非常に難しい複雑なシステムです。この安価で運搬可能で、構築が容易なフローティングバージは、実際の自然条件下で一次生産性を正確に直接測定することができます。この方法論は、密閉されたガラス瓶に統合された非侵襲的酸素センサーを使用して一次生産性をリアルタイムで測定することに基づいており、オンライン酸素フラックスモニタリングを可能にし、代謝活動に関する新しい洞察を提供します。微生物マット(または他の底生生物)の総一次生産性の詳細な季節 的in situ 測定は、レンティック水中の一次生産性ダイナミクスを制御するプロセスに関する現在の知識を向上させることができます。
Introduction
一次生産は、システム全体の食物網を形成する水系への自生炭素の唯一の侵入です1。したがって、一次生産性の正確な推定は、水生生態系の機能を理解するための重要なステップです。沿岸地帯は、一次生産性と生物多様性の高い地域です。植物プランクトンに加えて、ペリフィトン(以下、微生物マットと呼ぶ)と大型藻類が沿岸域の一次生産性に大きく貢献していると考えられています2。彼らの固着したライフスタイルと著しい空間的不均一性のために、一次生産性の定量化は自明ではありません。
一次生産性は、主に光強度、温度、栄養素の利用可能性、および共光帯3,4のそれぞれの深さにおける炭酸塩系のイオン種の分布によって駆動されます。深さは微生物マットの空間分布に著しく影響します。微生物群集は、浅い深さでの高照射と顕著な季節温度変化の悪影響に対処し、より深い深さではより低い光強度に対処する必要があります。深さ勾配に加えて、動的栄養相互作用は異なるスケールで複数の複雑な空間パターンを生成します5。この複雑なシステムは、実験室でシミュレートするのが複雑です。沿岸域から個々の一次生産者の代謝活性を推測する最も正確な方法は、in situ実験を設定することです。
本稿で紹介する方法論は、従来のチャンバー法2,6,7と、輸送可能で建造が容易な低コストのフローティングバージに基づいています。これにより、自然光スペクトル、温度、および深さに伴う炭酸塩系のイオン種の異なる分布の下で、異なる深さでの一次生産性の測定が可能になります。この方法は、植物プランクトンの光合成を測定するために最初に採用され6、現在でも一般的に使用されている明るいボトル酸素と暗いボトル酸素の原理に基づいています6,7。光の中に保たれたボトル内の酸素の変化率(一次生産性と呼吸の影響を含む)と暗所に保たれたもの(呼吸のみ)を比較します8。この方法は、一次生産性の代理として酸素発生(光合成)を使用します。測定された変数は、正味の生態系生産性(NEP、光条件下での経時的なO2濃度の変化として)および生態系呼吸(RE、暗所での経時的なO2濃度の変化として)である。総生態系生産性(GEP)は、2つの差の計算です(表1)。ここでは「生態系」という用語は、ペリフィトンが独立栄養生物と従属栄養生物で構成されていることを示すために使用されます。この従来のチャンバー法の最も重要な改善点は、非侵襲的酸素光学センサーを使用し、周辺一次生産性を測定するためのこの主にプランクトンの方法を最適化することです。
この技術は、チェコ共和国の新たに出現した採掘後の湖の沿岸域の微生物マットを測定する例で説明されています-ミラダ、モスト、およびメダール。微生物マットの代謝活性は、研究されたコミュニティが自然に発生する特定の深さで直接行われるO2フラックスの直接in situ測定を使用して決定されます。従属栄養活性および光合成活性は、非侵襲的光学酸素センサーを備えた密閉ガラス瓶で測定されます。これらのセンサーは、感光性色素の蛍光を使用して酸素分圧を検出します。微生物マットの入ったボトルを懸濁し、適切な深さのフローティングデバイスでインキュベートします。ボトル内の酸素濃度は、小型ボートから日中連続的に測定されました。
無傷の微生物マットのサンプルが収集され、スキューバダイバーによって指定された深さの気密インキュベーションボトルに入れられます。各ボトルには、O2 の生産性/消費量を経時的に監視する非侵襲的な光学式酸素マイクロセンサーが装備されています。すべての測定は、各深さで5つの反復暗/明ペアで行われます。温度と光合成有効放射(PHAR)強度は、インキュベーション全体を通してそれぞれの深さで測定されます。6時間の in situ インキュベーション(日中)の後、微生物マットをボトルから回収し、乾燥させます。O2 フラックスは微生物バイオマスに正規化されています。対照として、微生物マットバイオマスを含まない湖水を含む明暗気密ボトル(ブランクコントロール)のO2濃度の変化をフラックス補正します。以下は、フローティングバージを構築し、実験全体を段階的に実行するための詳細な手順です。この論文はまた、2つの深さ(1 mと2 m)での微生物マットの測定からの代表的な結果を示し、各深さで5回の反復を行います。実際の温度と光強度は、データロガーを使用して実験全体を通して測定されました。
Protocol
Representative Results
Discussion
この論文で説明されている方法論は、光学酸素センサーを使用してO2 濃度を測定する非侵襲的技術を組み合わせた明暗ボトル酸素技術の原理に基づいています。このシステムは、O2 を測定するための光ファイバをボトルからボトルに素早く移動させることができるため、異なるインキュベーション設定の並列測定を可能にする。さまざまな深さの底生生物群集は、分類学的構…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この研究は、チェコ科学財団(GACR 19-05791S)、RVO 67985939、および戦略AV 21、土地の節約と回復のプログラム内のCASによってサポートされました。フィールドで撮影してくれたOndřej Sihelskýに感謝します-彼がいなければ、撮影は完全な地獄になっていたでしょう。このプロジェクトは、調査対象地域へのアクセスを提供した企業、PalivovýKombinát Ústí s.p.とSokolovská Uhelnáとの緊密な協力なしには不可能でした。
Materials
| Aluminum angle L profile 40 x 40 mm x 3 mm, length 2,000 mm | |||
| Aluminum flat bar 40 x 3 x 350 mm | |||
| Bucket 15 L with concrete infill | |||
| Carabine hook with screw lock 50 x 5 mm | |||
| electric tape black | |||
| Extruded polystyrene (XPS) material 500 x 200 x 150 mm | |||
| Fibox 3 LCD trace | PreSens Precision Sensing GmbH | stand-alone fiber optic oxygen meter | |
| Hondex PS-7 Portable Depth Sounder | Hondex – Honda Electronics | to measures distances through water – to bottom depth measurement; https://www.honda-el.net/industry/ps-7e | |
| KORKEN – glass tight-seal jar 0.5 L | IKEA | incubation bottles; https://www.ikea.com/cz/en/p/korken-jar-with-lid-clear-glass-70213545/ | |
| metal hook | |||
| Oxygen Sensor Spot SP-PSt3-NAU-D5 | PreSens Precision Sensing GmbH | non-invasive optical oxygen sensor for measurements under Real Conditions | |
| SCOUT infantable canoe | GUMOTEX | https://www.gumotexboats.com/en/scout-standard#0000-044667-021-13/11C | |
| Screw 10 x 170 mm with hexagonal nuts | |||
| Screw 4 x 15 mm with hexagonal nuts | |||
| Screw 4 x 15 mm with wing nuts | |||
| Snap hooks 50 x 5 mm | |||
| Steel Carabine hook 50 x 5 mm | |||
| Steel chain with wire diameter 3 mm, inside link 5.5 x 26 mm | |||
| Steel chain, 5 m | |||
| toothbrush | |||
| tweezer | |||
| Washer 10 x 50 mm | |||
| Washer 4 x 10 mm | |||
| Washer 4 x 10 mm |
Referencias
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