렌틱 해역의 페리피톤 군집의 현장 1차 생산성을 측정하는 저비용 방법
Summary
여기에 제시된 것은 실제 현장 환경 온도 및 조명 조건에서 미생물 매트의 1차 생산성을 측정하기 위한 비용 효율적이고 운송 가능한 방법/시설입니다. 실험 설정은 널리 사용 가능한 재료를 기반으로하며 실험실 기반 모델의 장점을 제공하면서 다양한 조건에서 사용할 수 있습니다.
Abstract
성장기 구배 동안 페리피톤의 현장 1차 생산성을 측정하면 환경 동인(주로 인 농도 및 광도)과 종 구성이 1차 생산성에 미치는 정량적 효과를 설명할 수 있습니다. 1 차 생산성은 주로 광도, 온도, 영양소의 가용성 및 유포 영역의 각 깊이에서 탄산염 시스템의 이온 종의 분포에 의해 좌우됩니다. 실험실에서 시뮬레이션하기가 매우 어려운 복잡한 시스템입니다. 이 저렴하고 운송 가능하며 건조하기 쉬운 플로팅 바지선을 사용하면 실제 자연 조건에서 직접 1차 생산성을 정확하게 측정할 수 있습니다. 이 방법론은 단단히 밀봉된 유리병에 통합된 비침습적 산소 센서를 사용하여 실시간으로 1차 생산성을 측정하여 온라인 산소 플럭스 모니터링을 가능하게 하고 대사 활동에 대한 새로운 통찰력을 제공하는 것을 기반으로 합니다. 미생물 매트(또는 기타 저서 생물)의 총 1차 생산성에 대한 상세한 계절적 현장 측정은 렌틱 수역에서 1차 생산성 역학을 제어하는 공정에 대한 현재 지식을 향상시킬 수 있습니다.
Introduction
1 차 생산성은 전체 시스템 먹이 그물을 형성하는 수생 시스템으로 자동 탄소가 들어가는 유일한 항목입니다1. 따라서 1 차 생산성의 정확한 추정은 수생 생태계의 기능을 이해하는 데 필수적인 단계입니다. 연안 지역은 1 차 생산성과 생물 다양성이 높은 지역입니다. 식물성 플랑크톤 외에도 페리피톤(이하 미생물 매트라고 함)과 거대조류는 연안 지역2의 1차 생산성에 크게 기여하는 것으로 추정됩니다. 그들의 정착 생활 방식과 상당한 공간적 이질성으로 인해 1 차 생산성의 정량화는 쉽지 않습니다.
1 차 생산성은 주로 광도, 온도, 영양소의 가용성 및 유포 영역 3,4의 각 깊이에서 탄산염 시스템의 이온 종의 분포에 의해 주도됩니다. 깊이는 미생물 매트의 공간 분포에 현저한 영향을 미칩니다. 미생물 군집은 얕은 깊이에서 높은 조사와 뚜렷한 계절적 온도 변화의 부작용에 대처하고 더 깊은 깊이에서 더 낮은 광도에 대처해야 합니다. 깊이 구배 외에도 동적 영양 상호 작용은 서로 다른 스케일5에서 여러 개의 복잡한 공간 패턴을 생성합니다. 이 복잡한 시스템은 실험실에서 시뮬레이션하기가 복잡합니다. 연안 지역에서 개별 1 차 생산자의 대사 활동을 추론하는 가장 정확한 방법은 현장 실험을 설정하는 것입니다.
이 백서에 소개된 방법론은 기존의 챔버 방법 2,6,7과 운송 가능하고 건설하기 쉬운 저비용 부유식 바지선을 기반으로 합니다. 이를 통해 자연광 스펙트럼, 온도 및 깊이에 따른 탄산염 시스템의 이온 종의 상이한 분포 하에서 상이한 깊이에서의 1차 생산성의 측정이 가능해진다. 이 방법은 식물성 플랑크톤 광합성6을 측정하기 위해 처음 사용되었으며 여전히 일반적으로 사용되는 6,7인 밝은 병 대 어두운 병 산소의 원리를 기반으로 합니다. 빛 속에 보관된 병의 산소 변화율(1차 생산성 및 호흡의 영향 포함)과 어둠 속에 보관된 병(호흡만 해당)을 비교합니다.8. 이 방법은 산소 발생 (광합성)을 1 차 생산성의 대용으로 사용합니다. 측정 된 변수는 순 생태계 생산성 (NEP, 조명 조건에서 시간에 따른 O 2 농도의 변화) 및 생태계 호흡 (RE, 어둠 속에서 시간에 따른 O2 농도의 변화)입니다. 총 생태계 생산성 (GEP)은 둘 사이의 차이를 계산 한 것입니다 (표 1). 여기서 “생태계”라는 용어는 페리피톤이 독립 영양 및 종속 영양 유기체로 구성되어 있음을 나타내는 데 사용됩니다. 이 전통적인 챔버 방법의 가장 중요한 개선은 비침습적 산소 광학 센서를 사용하고 주변 1차 생산성을 측정하기 위해 주로 플랑크톤 방법을 최적화하는 것입니다.
이 기술은 체코-밀라다, 모스트, 메다르에서 새로 등장한 광산 후 호수의 연안 지역에서 미생물 매트를 측정하는 예에 설명되어 있습니다. 미생물 매트의 대사 활성은 연구 된 군집이 자연적으로 발생하는 특정 깊이에서 직접 수행되는 O2 플럭스의 직접 현장 측정을 사용하여 결정됩니다. 종속영양 및 광영양 활동은 비침습적 광학 산소 센서가 장착된 밀폐된 유리병에서 측정됩니다. 이 센서는 빛에 민감한 염료의 형광을 사용하여 산소 분압을 감지합니다. 미생물 매트가있는 병은 적절한 깊이의 부유 장치에 매달려 배양됩니다. 병 내부의 산소 농도는 작은 보트에서 낮 기간 동안 지속적으로 측정되었습니다.
온전한 미생물 매트의 샘플을 수집하여 스쿠버 다이버가 지정된 깊이의 기밀 배양 병에 넣습니다. 각 병에는 시간 경과에 따른 O2 생산성 / 소비를 모니터링하는 비 침습적 광학 산소 마이크로 센서가 장착되어 있습니다. 모든 측정은 각 깊이에서 5개의 반복 어두운/밝은 쌍으로 수행됩니다. 온도 및 광합성 활성 방사선(PHAR) 강도는 배양 전반에 걸쳐 각각의 깊이에서 측정됩니다. 6시간의 계내 배양(일광 시간) 후, 미생물 매트를 병으로부터 수확하고 건조시킨다. O2 플럭스는 미생물 바이오매스로 정규화된다. 대조군으로서, 플럭스는 미생물 매트 바이오 매스가없는 호수 물을 포함하는 별도의 밝고 어두운 가스 밀폐 병 (블랭크 컨트롤)에서 O2 농도의 변화에 대해 보정됩니다. 다음은 플로팅 바지선을 만들고 전체 실험을 단계별로 수행하기위한 자세한 지침입니다. 이 논문은 또한 두 개의 깊이(1m 및 2m)에서 미생물 매트를 측정한 대표적인 결과를 제시하며 각 깊이에서 5번의 반복을 수행합니다. 실제 온도와 광도는 데이터 로거를 사용하여 전체 실험 중에 측정되었습니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
이 백서에 설명 된 방법론은 광학 산소 센서를 사용하여 O2 농도를 측정하는 비 침습적 기술과 결합 된 밝고 어두운 병 산소 기술의 원리를 기반으로합니다. 이 시스템은O2 측정을 위한 광섬유를 병에서 병으로 빠르게 이동할 수 있으므로 다양한 배양 설정을 병렬로 측정할 수 있습니다. 다양한 깊이의 저서 공동체는 분류 학적 구성과 생산성이 다를 수 있습니다. 병렬로 동시에 측?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 연구는 체코 과학 재단 (GACR 19-05791S), RVO 67985939 및 전략 AV 21, 토지 절약 및 복구 프로그램 내에서 CAS의 지원을 받았습니다. 현장에서 촬영을 해준 Ondřej Sihelský에게 많은 감사를 드립니다 – 그가 없었다면 촬영은 완전히 지옥이었을 것입니다. 이 프로젝트는 연구 된 지역에 대한 액세스를 제공 한 Palivový Kombinát Ústí s.p. 및 Sokolovská Uhelná와의 긴밀한 협력 없이는 불가능했을 것입니다.
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 |
References
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