Определение коэффициента урегулирования глины/цианобактерий Floccules
Summary
Взаимодействия и осаждения глины и бактериальных клеток в морской области, наблюдаемые в природных средах, можно лучше всего исследовать в контролируемой лабораторной среде. Здесь мы описываем подробный протокол, определяющий новый метод для определения СОЭ глины и цианобактерий floccules.
Abstract
По-прежнему в значительной степени обсуждаются механизмы, лежащие в основе осаждения мелкозернистых, богатой органическими осадками. В частности последствия взаимодействия частиц глины с реактивной, планктонные цианобактерий клетки осадочным запись под изучал. Это взаимодействие является потенциально крупный вклад в модели осадконакопления сланца. В лабораторных условиях, флокуляции и седиментации ставки этих материалов можно изучить и измеряется в контролируемой среде. Здесь мы подробно протокол для измерения скорости седиментации цианобактерий/глиняных смесей. Эта методология проявляется через описание двух образцов экспериментов: первый использует каолин (обезвоженный форма каолинит) и Synechococcus sp. PCC 7002 (морской коккоидный синезеленых водорослей), а второй использует Каолин и Synechocystis sp. PCC 6803 (пресноводных коккоидный синезеленых водорослей). Цианобактерий культур смешиваются с различное количество глины в рамках специально разработанные бак аппарата, оптимизированы, чтобы позволить непрерывного, в реальном времени видео и фотографические записи. А также после сбора протокол для точного измерения хлорофилл из которых может быть определена концентрация цианобактерий клеток, оставшихся в подвеска описаны процедуры выборки. Через экспериментальный репликации профиль построен, отображающий СОЭ.
Introduction
С помощью нынешних экологических условий и процессов для выведения мимо осадконакопления механизмов уже давно является основой седиментологии. Хотя современные осадконакопления аналоги, такие как Чёрного моря, были использованы для понимания осаждения органических богатые, мелкозернистые отложения, лабораторных экспериментов имеют потенциал, чтобы пролить дополнительный свет на происхождение сланцевых месторождений. Одной из областей по расследованию в генезе черные сланцы является скорость осаждения и механизм первоначального формирования. Традиционно было предположить, что черные сланцы образуется в средах, где СОЭ, первичной продуктивности и частота дыхания органического вещества способствуют сохранению органических веществ в отложениях1,2 ,3. Однако роль цианобактерий и флокуляции глины оставалось unconsidered. Этот механизм флокуляции позволит для быстрого осаждения органических богатые, мелкозернистые отложения происходят и не требуют низким содержанием кислорода. С учетом этой посылки, этот протокол имеет две цели: 1) измерение СОЭ цианобактерий/глина floccules и 2) визуализировать процесс седиментации в режиме реального времени. Эта методология, помимо геохимического анализа, был использован для демонстрации, что флокуляции глины/цианобактерий в действительности может быть важным механизмом для формирования сланцы1. Будучи изначально предназначенной для моделирования осаждения сланцев, этот метод применим других дисциплин, таких как биология и восстановлению окружающей среды где влияние глины ввода на бактериальных метаболизм и населения должны быть измерены.
Были проведены многочисленные исследования соблюдать флокуляции цианобактерий и глины, для смягчения вредных цветений водорослей2,3,4,5,6,7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 1 2. Однако, при измерении концентрации клеток со временем, эти исследования не применили флокуляции цианобактерий/глина моделирования осаждения рок-запись. Таким образом эти исследования не хватает визуальных компонент, который может быть критическим, когда моделирования прошлом седиментологические процессов. Кроме того, большинство исследований использовать подсчета клеток (например, Пан и др. 11), который может быть трудоемким. Наш метод, с последних достижений в измерения цианобактерий флокуляции, определяет изменения в концентрации цианобактерий, измеряя хлорофилла (ХЛ ) в дискретные интервалы. Сопряжения Chl измерение с помощью визуальных данных является новый подход, который может использоваться для определения условий осадконакопления. Изображения, созданные может также использоваться для вычисления СОЭ после работы от Du и др. 13. сочетание визуальных и цифровых данных укрепляет надежность результатов. Кроме того мы приводим дополнительные протоколы, позволяющие седиментации мертвых биомассы и глины также соблюдаться. Это имеет важное значение при рассмотрении прошлых седиментологические средах, где живут и мертвых биомассы может совместно произошло. Различия в поведении мертвых биомассы во время флокуляции (например, уменьшение темпов процесса флокуляции) потенциально будет иметь седиментологические последствия.
Protocol
Representative Results
Discussion
Флокуляции, катализируемые цианобактерий клеток глина взаимодействия привлекла большой интерес в области экологии и инженерных2,3,4,5,6,7 ,8,9<s…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Авторы с благодарностью признать, финансирование от естественных наук и инженерных исследований Совет Канады (05448, 165831 и 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).
