Izšķīdušā skābekļa pēdas nospiedums prokarioplanktona kopienas struktūrā skābekļa minimālā zonā

Austrumu tropu ziemeļu Klusā okeāna daļa (ETNP) ir liela, pastāvīga un intensificējoša skābekļa minimālā zona (OMZ), kas veido gandrīz pusi no globālo OMZ kopējās platības. OMZ kodolā (∼350–700 m dziļumā) izšķīdušā skābekļa līmenis parasti ir tuvu vai zem mūsdienu sensoru analītiskās noteikšanas robežas (∼10 nM). Stāvi skābekļa gradienti virs un zem OMZ kodola noved pie mikrobu kopienu vertikālas strukturēšanas, kas arī atšķiras starp daļiņu saistīto (PA) un brīvi dzīvojošo (FL) izmēru frakcijām. Šeit mēs izmantojam 16S amplikonu sekvencēšanu (iTags), lai analizētu prokariotu populāciju daudzveidību un sadalījumu starp FL un PA izmēru frakcijām un apkārtējās vides redoksa apstākļu diapazonā. Hidrogrāfiskie apstākļi mūsu pētījuma apgabalā atšķīrās no tiem, kas iepriekš tika ziņoti ETNP un citās OMZ, piemēram, ETSP. Mūsu paraugu ņemšanas vietā visā OMZ kodolā tika konstatētas nelielas skābekļa koncentrācijas (∼0,35 μM). Līdz ar to netika novērotas nitrītu uzkrāšanās, par ko parasti ziņots OMZ kodolos, tāpat kā anammoksu baktēriju (Brocadiales ģints) sekvences.CandidatusScalindua), kas citās sistēmās parasti ir sastopamas pāri oksiskām-anoksiskām robežām. Tomēr amonjaku oksidējošo baktēriju (AOB) un arheju (AOA) sadalījums un maksimālie autotrofiskās oglekļa asimilācijas ātrumi (1,4 μM C d^–1) sakrita ar izteiktu amonija koncentrācijas maksimumu OMZ kodola augšdaļā. Turklāt ģints pārstāvjiNitrospinabija klāt dominējoša nitrītu oksidējoša baktēriju (NOB) klade, kas liecina, ka gan amonjaka, gan nitrītu oksidēšanās notiek pie skābekļa pēdu koncentrācijām. Līdzības testa (ANOSIM) un nemetriskās dimensiju mērogošanas (nMDS) analīze atklāja, ka baktēriju un arheju filoģenētiskās reprezentācijas ievērojami atšķīrās starp izmēru frakcijām. Pamatojoties uz ANOSIM un iTag profiliem, PA kopu sastāvu mazāk ietekmēja dominējošais no dziļuma atkarīgais bioģeoķīmiskais režīms nekā FL frakciju. Pamatojoties uz AOA, NOB un skābekļa pēdu klātbūtni OMZ kodolā, mēs iesakām, ka nitrifikācija ir aktīvs process šī ETNP OMZ reģiona slāpekļa ciklā.

Ievads

Reaģējot uz notiekošajām klimata pārmaiņām un lokalizētām cilvēku darbībām, izšķīdušā skābekļa koncentrācija atklātā okeānā un piekrastes jūras sistēmās ir samazinājusies (Breitburg et al., 2018). Paredzamais skābekļa zudums no atklātā okeāna pēdējo 60 gadu laikā pārsniedz 2% (Šmitko et al., 2017), radot bažas par skābekļa deficīta zonas paplašināšanās sekām (Paulmier un Ruiz-Pino, 2009). Atklātā okeāna OMZ veidojas, kad augsta virsmas primārā ražošana veicina bioloģisko skābekļa pieprasījumu pazemes ūdeņos, kas pārsniedz fiziskās ventilācijas ātrumu dziļumā. Skābekļa koncentrācijai OMZ ūdens stabos var būt stāvas gradienti (oksiklīns) virs un zem skābekļa deficīta kodola, radot hipoksiskus (parasti no 2 līdz ~90 μM), suboksiskus (<2 μM) un anoksiskus (zem noteikšanas robežas (∼10 nM)) slāņus ar dažādiem izmēriem (Bertagnolli un Stjuarts, 2018. gadsSkābekļa gradienti noved pie metazoānu un mikrobu kopienu vertikālas strukturēšanās un bioģeoķīmisko procesu norises gar šīm plašajām oksiklīnām (Belmar et al., 2011).

Daži no augstākajiem slāpekļa zuduma rādītājiem ir reģistrēti Klusā okeāna austrumu tropu ziemeļu daļas (ETNP) un Klusā okeāna dienvidu daļas (ETSP) OMZ.Callbeck et al., 2017;Penn et al., 2019), pastāvīgi stratificētais Kariako baseins (Montes et al., 2013), Arābijas jūra (Vards un līdzautori, 2009) un Benguelas apvelinga sistēmas OMZ (Kuipers et al., 2005). Šajās sistēmās kanoniskās denitrifikācijas (nitrātu heterotrofiskā reducēšana līdz slāpekļa starpproduktiem un bieži vien līdz dinitrogēna gāzei) un anamoksa (anaerobā amonija oksidācija) mikrobu procesi noved pie slāpekļa zudumiem, kas var potenciāli ierobežot primāro ražošanu (Vards un līdzautori, 2007Turklāt tiek lēsts, ka okeāna slāpekļa oksīda emisijas (spēcīga siltumnīcefekta gāze) no mikrobiālās denitrifikācijas, kas notiek OMZ, veido vismaz vienu trešdaļu no pasaules dabiskajām slāpekļa oksīda emisijām (Naqvi et al., 2010).

ETNP OMZ ir liela, noturīga un pastiprinoša skābekļa minimuma zona, kas aizņem gandrīz pusi no globālo OMZ kopējās platības un atrodas starp 0–25° ziemeļu platuma un 75° un 180° rietumu garuma.Paulmier un Ruiz-Pino, 2009;Šmitko et al., 2017). To ekoloģiskās nozīmes dēļ dažādu ETNP OMZ reģionu bioģeoķīmija un mikrobu daudzveidība ir intensīvi pētīta (piemēram,Bemans un Karolana, 2013. gads;Duret et al., 2015;Ganešs un citi, 2015;Hronopulu et al., 2017;Pack et al., 2015;Peng et al., 2015). Iepriekšējie pētījumi liecina, ka izšķīdušais skābeklis šajā OMZ kodolā (∼250–750 m dziļumā) parasti ir tuvu vai zem analītiskās noteikšanas robežām (∼10 nM) (Tiano et al., 2014;Garcia-Robledo et al., 2017Tomēr gar ETNP OMZ ziemeļu robežu (pētījuma vietas atrašanās vieta ~22°N) skābekļa koncentrācija 500 m augstumā var sasniegt gada vidējos rādītājus no 10 līdz 20 μM (Paulmier un Ruiz-Pino, 2009Dati no Pasaules okeāna atlanta, 2013. g.¹Šeit aprakstītās lauka kampaņas laikā mēs OMZ kodolā izmērījām skābekļa koncentrāciju (0,35 μM), lai atbalstītu aerobos mikrobu procesus, piemēram, amonija un nitrītu oksidēšanos, un daļēji kavētu svarīgus anaerobos mikrobu procesus. Aerobi mikrobu procesi iepriekš ir konstatēti šķietami suboksiskos vai anoksiskos ETNP OMZ slāņos (Peng et al., 2015;Garcia-Robledo et al., 2017;Penn et al., 2019Tomēr faktori, kas kontrolē noteiktu mikroorganismu funkcionālo grupu izplatību un aktivitāti OMZ, vēl nav pilnībā izprasti.

Nitrifikatoru klātbūtni vietās, kur skābeklis nav nosakāms OMZ, var izskaidrot ar nesenajām oksiklīna vertikālās pozīcijas izmaiņām epizodiskas vertikālas skābekļa ventilācijas dēļ, kas var izraisīt īslaicīgu skābekļa līmeņa pazemināšanos OMZ kodolos (Muller-Karger et al., 2001;Ulloa et al., 2012;Garcia-Robledo et al., 2017). Šādus pārejošus apstākļus var izmantot aerobās vai mikroaerofilās populācijas, tostarp nitrifikatori. Turklāt epipelagiskās slāņa grimstošās daļiņas (agregētas šūnas, fekāliju granulas un sarežģīti organiskie materiāli) var saturēt nelielu skābekļa daudzumu (Ganešs un citi, 2014Tādējādi skābeklis un aerobie mikrobi var tikt transportēti uz citādi anoksiskiem ūdeņiem, īslaicīgi ļaujot aerobiem vielmaiņas procesiem notikt saistībā ar daļiņām. Ir zināms, ka daļiņas ir mikrobu bioģeoķīmiskā cikla karstie punkti (Saimons un līdzautori, 2002;Ganešs un citi, 2014) un var atbalstīt kontrastējošus anaerobos vai aerobos mikrobu procesus, kas nav novēroti brīvā dzīves stāvoklī (Alldredge un Cohen, 1987;Wright et al., 2012;Suter et al., 2018).

Šajā pētījumā mēs pētām prokariotu kopienas, kas aizņem ETNP OMZ ziemeļu malu, un vides faktorus, kas, iespējams, ietekmē to vertikālo sadalījumu, izmantojot 16S amplikonu sekvencēšanu (iTags) apvienojumā ar daudzfaktoru statistiku. Mēs pārbaudījām divas izmēru frakcijas: brīvi dzīvojošo (0,2–2,7 μm) frakciju un ar daļiņām saistīto frakciju (>2,7 μm, kas uztver gan daļiņas, gan protistāna šūnas) vairākos dziļumos gar oksiklīnu, kas atbilst atšķirīgiem redoksa apstākļiem.

Mēs varam nodrošināt izšķīdušā skābekļa sensorus ar dažādiem parametriem, lai molekulāro koncentrāciju varētu uzraudzīt reāllaikā. Laipni lūdzam konsultēties.

https://www.alibaba.com/product-detail/Wifi-4G-Gprs-RS485-4-20mA_1600559098578.html?spm=a2747.product_manager.0.0.169671d29scvEu

https://www.alibaba.com/product-detail/Maintenance-Free-Fluorescence-Optical-Water-Dissolved_1600257132247.html?spm=a2747.product_manager.0.0.169671d29scvEu