Det østlige tropiske nordlige Stillehav (ETNP) er en stor, vedvarende og intensiverende iltminimumzone (OMZ), der tegner sig for næsten halvdelen af det samlede areal af globale OMZ'er. Inden for OMZ-kernen (∼350-700 m dybde) er opløst ilt typisk nær eller under den analytiske detektionsgrænse for moderne sensorer (∼10 nM). Stejle iltgradienter over og under OMZ-kernen fører til vertikal strukturering af mikrobielle samfund, der også varierer mellem partikelassocierede (PA) og fritlevende (FL) størrelsesfraktioner. Her bruger vi 16S amplikonsekventering (iTags) til at analysere diversiteten og fordelingen af prokaryote populationer mellem FL- og PA-størrelsesfraktioner og inden for de forskellige omgivende redoxforhold. De hydrografiske forhold i vores undersøgelsesområde var forskellige fra dem, der tidligere er rapporteret i ETNP og andre OMZ'er, såsom ETSP. Sporkoncentrationer af ilt (∼0,35 μM) var til stede i hele OMZ-kernen på vores prøveudtagningssted. Følgelig var nitritakkumuleringer, der typisk rapporteres for OMZ-kerner, fraværende, ligesom sekvenser for anammox-bakterier (Brocadiales-slægtenKandidatScalindua), som almindeligvis findes på tværs af oxisk-anoxiske grænser i andre systemer. Imidlertid er ammoniakoxiderende bakterier (AOB) og arkæer (AOA) fordelinger og maksimale autotrofiske kulstofassimileringshastigheder (1,4 μM C d–1) faldt sammen med et udtalt maksimum for ammoniumkoncentration nær toppen af OMZ-kernen. Derudover medlemmer af slægtenNitrospina, en dominerende nitritoxiderende bakteriel (NOB) klade var til stede, hvilket tyder på, at både ammoniak- og nitritoxidation forekommer ved spor af iltkoncentrationer. Analyse af similaritetstest (ANOSIM) og ikke-metrisk dimensionsskalering (nMDS) afslørede, at bakterielle og arkæiske fylogenetiske repræsentationer var signifikant forskellige mellem størrelsesfraktioner. Baseret på ANOSIM- og iTag-profiler var sammensætningen af PA-samlinger mindre påvirket af det herskende dybdeafhængige biogeokemiske regime end FL-fraktionen. Baseret på tilstedeværelsen af AOA, NOB og spor af ilt i OMZ-kernen foreslår vi, at nitrifikation er en aktiv proces i nitrogencyklussen i denne region af ETNP OMZ.
Indledning
Som reaktion på de igangværende klimaforandringer og lokaliseret menneskelig aktivitet er koncentrationerne af opløst ilt faldet i det åbne hav og i kystnære marine systemer (Breitburg et al., 2018Det anslåede ilttab fra det åbne hav i løbet af de sidste 60 år overstiger 2% (Schmidtko et al., 2017), hvilket skaber bekymring om konsekvenserne af udvidelsen af den iltfattige zone (Paulmier og Ruiz-Pino, 2009). OMZ'er i det åbne hav dannes, når høj primærproduktion på overfladen fremmer det biologiske iltforbrug i underjordiske vandområder, der overstiger den fysiske ventilation i dybden. Iltkoncentrationer i OMZ-vandsøjler kan have stejle gradienter (oxyklin) over og under den iltfattige kerne, hvilket skaber hypoxiske (typisk mellem 2 og ~90 μM), suboxiske (<2 μM) og anoxiske (under detektionsgrænsen (~10 nM)) lag af varierende dimensioner (Bertagnolli og Stewart, 2018Iltgradienter fører til vertikal strukturering af metazoer og mikrobielle samfund og biogeokemiske processer langs disse omfattende oxykliner (Belmar et al., 2011).
Nogle af de højeste rater for kvælstoftab er blevet registreret i omgivet af naturlige zoner (OMZ'er) i det østlige tropiske nordlige Stillehav (ETNP) og det sydlige Stillehav (ETSP) (Callbeck et al., 2017;Penn et al., 2019), det permanent lagdelte Cariaco-bassin (Montes et al., 2013), Det Arabiske Hav (Ward et al., 2009), og OMZ'en i Benguela-opstrømningssystemet (Kuypers et al., 2005I disse systemer fører de mikrobielle processer med kanonisk denitrifikation (heterotrofisk reduktion af nitrat til nitrogenmellemprodukter og ofte til dinitrogengas) og anammox (anaerob ammoniumoxidation) til nitrogentab, der potentielt kan begrænse primærproduktionen (Ward et al., 2007Desuden anslås det, at emissioner af lattergas fra havet (en potent drivhusgas) fra mikrobiel denitrifikation, der finder sted i OMZ'er, tegner sig for mindst en tredjedel af de globale naturlige lattergasemissioner (Naqvi et al., 2010).
ETNP OMZ er en stor, vedvarende og intensiverende iltminimumzone, der tegner sig for næsten halvdelen af det samlede areal af globale OMZ'er, og ligger mellem 0-25°N breddegrad og 75 og 180°V længdegrad (Paulmier og Ruiz-Pino, 2009;Schmidtko et al., 2017På grund af deres økologiske betydning er biogeokemien og den mikrobielle diversitet i forskellige ETNP OMZ-regioner blevet undersøgt intensivt (f.eks.Beman og Carolan, 2013;Duret et al., 2015;Ganesh et al., 2015;Chronopoulou et al., 2017;Pack et al., 2015;Peng et al., 2015Tidligere undersøgelser rapporterer, at opløst ilt i denne OMZ-kerne (∼250-750 m dybde) typisk er nær eller under de analytiske detektionsgrænser (∼10 nM) (Tiano et al., 2014;Garcia-Robledo et al., 2017Langs den nordlige kant af ETNP's OMZ (studiestedets placering ~22°N) kan iltkoncentrationerne ved 500 m dog nå årlige gennemsnit på mellem 10 og 20 μM (Paulmier og Ruiz-Pino, 2009; Data fra Verdenshavatlaset 2013)1Under den heri rapporterede feltkampagne målte vi ilt i OMZ-kernen i tilstrækkelige koncentrationer (0,35 μM) til at understøtte aerobe mikrobielle processer, såsom ammonium- og nitritoxidation, og delvist hæmme vigtige anaerobe mikrobielle processer. Aerobe mikrobielle processer er tidligere blevet påvist i tilsyneladende suboxiske eller anoxiske lag af ETNP OMZ (Peng et al., 2015;Garcia-Robledo et al., 2017;Penn et al., 2019Faktorer, der styrer distributionen og aktiviteterne af specifikke funktionelle grupper af mikroorganismer i OMZ'er, er dog endnu ikke fuldt ud forstået.
Tilstedeværelsen af nitrifikatorer, hvor ilt ikke kan detekteres i en OMZ, kan forklares ved nylige forskydninger i oxyklinens vertikale position på grund af episodisk vertikal iltventilation, hvilket kan føre til flygtige spor af ilt i OMZ-kerner ().Müller-Karger et al., 2001;Ulloa et al., 2012;Garcia-Robledo et al., 2017Sådanne forbigående forhold kan udnyttes af aerobe eller mikroaerofile populationer, herunder nitrifikatorer. Desuden kan synkende partikler fra det epipelagiske område (aggregerede celler, fækale pellets og komplekse organiske materialer) indeholde spor af ilt (Ganesh et al., 2014Således kan ilt og aerobe mikrober transporteres til ellers anoxiske vande, hvilket midlertidigt tillader aerobe metabolismer at forekomme i forbindelse med partikler. Partikler er kendt for at være hotspots for mikrobiel biogeokemisk cykling (Simon m.fl., 2002;Ganesh et al., 2014) og kan understøtte kontrasterende anaerobe eller aerobe mikrobielle processer, der ikke observeres i den fritlevende tilstand (Alldredge og Cohen, 1987;Wright et al., 2012;Suter et al., 2018).
I den foreliggende undersøgelse undersøger vi prokaryote samfund, der befinder sig i den nordlige kant af ETNP's OMZ, og miljømæssige faktorer, der sandsynligvis påvirker deres vertikale udbredelser, ved hjælp af 16S amplikonsekventering (iTags) kombineret med multivariat statistik. Vi undersøgte to størrelsesfraktioner; den fritlevende (0,2-2,7 μm) fraktion og den partikelassocierede fraktion (>2,7 μm, der indfanger partikler såvel som protistanceller) i flere dybder langs oxyklinen, der svarer til forskellige redoxforhold.
Vi kan levere sensorer til opløst ilt med forskellige parametre, så den molekylære koncentration kan overvåges i realtid. Velkommen til at kontakte os.
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
Opslagstidspunkt: 05. juli 2024