Det östra tropiska norra Stilla havet (ETNP) är en stor, ihållande och intensifierande syreminimumzon (OMZ) som står för nästan hälften av den totala ytan av globala OMZ:er. Inom OMZ-kärnan (∼350–700 m djup) är löst syre vanligtvis nära eller under den analytiska detektionsgränsen för moderna sensorer (∼10 nM). Branta syregradienter ovanför och under OMZ-kärnan leder till vertikal strukturering av mikrobiella samhällen som också varierar mellan partikelassocierade (PA) och fritt levande (FL) storleksfraktioner. Här använder vi 16S-amplikonsekvensering (iTags) för att analysera mångfalden och fördelningen av prokaryota populationer mellan FL- och PA-storleksfraktioner och inom de olika omgivande redoxförhållandena. De hydrografiska förhållandena i vårt studieområde skilde sig från de som tidigare rapporterats i ETNP och andra OMZ:er, såsom ETSP. Spårsyrekoncentrationer (∼0,35 μM) fanns i hela OMZ-kärnan vid vår provtagningsplats. Följaktligen saknades nitritansamlingar som vanligtvis rapporterats för OMZ-kärnor, liksom sekvenser för anammoxbakterier (släktet BrocadialesKandidatScalindua), som vanligtvis finns över oxisk-anoxiska gränser i andra system. Emellertid är distributionen av ammoniakoxiderande bakterier (AOB) och arkéer (AOA) och maximala autotrofa kolassimileringshastigheter (1,4 μM C d–1) sammanföll med en uttalad ammoniumkoncentrationsmaximum nära toppen av OMZ-kärnan. Dessutom medlemmar av släktetNitrospina, fanns en dominant nitritoxiderande bakteriell (NOB) klad närvarande, vilket tyder på att både ammoniak- och nitritoxidation sker vid spår av syrekoncentrationer. Analys av likhetstest (ANOSIM) och icke-metrisk dimensionsskalning (nMDS) visade att bakteriella och arkeiska fylogenetiska representationer skilde sig signifikant mellan storleksfraktioner. Baserat på ANOSIM- och iTag-profiler påverkades sammansättningen av PA-sammansättningar mindre av den rådande djupberoende biogeokemiska regimen än FL-fraktionen. Baserat på närvaron av AOA, NOB och spår av syre i OMZ-kärnan föreslår vi att nitrifikation är en aktiv process i kvävecykeln i denna region av ETNP OMZ.
Introduktion
Som svar på pågående klimatförändringar och lokal mänsklig aktivitet har koncentrationerna av löst syre minskat i det öppna havet och i kustnära marina system (Breitburg m.fl., 2018Den uppskattade syreförlusten från det öppna havet under de senaste 60 åren överstiger 2 % (Schmidtko et al., 2017), vilket skapar oro över konsekvenserna av expansionen av den syreutarmade zonen (Paulmier och Ruiz-Pino, 2009). OMZ i öppna havet bildas när hög primärproduktion vid ytan driver biologisk syreförbrukning i underjordiska vatten som överstiger den fysiska ventilationen på djupet. Syrekoncentrationer i OMZ-vattenpelare kan ha branta gradienter (oxyklin) över och under den syreutarmade kärnan, vilket skapar hypoxiska (vanligtvis mellan 2 och ~90 μM), suboxiska (<2 μM) och anoxiska (under detektionsgränsen (~10 nM)) lager av varierande dimensioner (Bertagnolli och Stewart, 2018Syregradienter leder till vertikal strukturering av metazoiska och mikrobiella samhällen och biogeokemiska processer längs dessa omfattande oxykliner (Belmar m.fl., 2011).
Några av de högsta nivåerna av kväveförlust har registrerats i omgivande zoner i östra tropiska norra Stilla havet (ETNP) och södra Stilla havet (ETSP) (Callbeck et al., 2017;Penn m.fl., 2019), den permanent skiktade Cariaco-bäckenet (Montes m.fl., 2013), Arabiska havet (Ward et al., 2009), och OMZ för Benguelas uppvällningssystem (Kuypers m.fl., 2005I dessa system leder de mikrobiella processerna för kanonisk denitrifikation (heterotrofisk reduktion av nitrat till kvävemellanprodukter och ofta till dinitrogengas) och anammox (anaerob ammoniumoxidation) till kväveförluster som potentiellt kan begränsa primärproduktionen (Ward et al., 2007Dessutom uppskattas utsläpp av lustgas i havet (en potent växthusgas) från mikrobiell denitrifikation som sker i ozonzoner stå för minst en tredjedel av de globala naturliga lustgasutsläppen (Naqvi m.fl., 2010).
ETNP OMZ är en stor, ihållande och intensifierande syreminimumzon som står för nästan hälften av den totala ytan av globala OMZ:er, och ligger mellan 0–25°N latitud och 75 och 180°V longitud (Paulmier och Ruiz-Pino, 2009;Schmidtko et al., 2017På grund av deras ekologiska betydelse har biogeokemin och den mikrobiella mångfalden i olika ETNP OMZ-regioner studerats intensivt (t.ex.Beman och Carolan, 2013;Duret et al., 2015;Ganesh m.fl., 2015;Chronopoulou et al., 2017;Pack et al., 2015;Peng et al., 2015Tidigare studier rapporterar att löst syre i denna OMZ-kärna (∼250–750 m djup) vanligtvis är nära eller under analytiska detektionsgränser (∼10 nM) (Tiano et al., 2014;Garcia-Robledo et al., 2017Längs den norra kanten av ETNP:s OMZ (studieplatsens läge ~22°N) kan dock syrekoncentrationerna på 500 m nå årsmedelvärden mellan 10 och 20 μM (Paulmier och Ruiz-Pino, 2009; Data från Världshavsatlasen 2013)1Under den fältkampanj som rapporteras här mätte vi syre i OMZ-kärnan i tillräckliga koncentrationer (0,35 μM) för att stödja aeroba mikrobiella processer, såsom ammonium- och nitritoxidation, och delvis hämma viktiga anaeroba mikrobiella processer. Aeroba mikrobiella processer har tidigare detekterats i till synes suboxiska eller anoxiska lager av ETNP OMZ (Peng et al., 2015;Garcia-Robledo et al., 2017;Penn m.fl., 2019Faktorer som styr distributionen och aktiviteterna hos specifika funktionella grupper av mikroorganismer i OMZ är dock ännu inte helt förstådda.
Närvaron av nitrifierare där syre inte kan detekteras i en OMZ kan förklaras av nyligen genomförda förändringar i oxyklinens vertikala position på grund av episodisk vertikal syreventilation, vilket kan leda till kortvariga spårsyrenivåer i OMZ-kärnor (Müller-Karger et al., 2001;Ulloa et al., 2012;Garcia-Robledo et al., 2017Sådana övergående förhållanden kan utnyttjas av aeroba eller mikroaerofila populationer, inklusive nitrifierande ämnen. Dessutom kan sjunkande partiklar från epipelagin (aggregerade celler, fekala pellets och komplexa organiska material) innehålla spår av syre (Ganesh m.fl., 2014Således kan syre och aeroba mikrober transporteras till annars anoxiska vatten, vilket tillfälligt tillåter aerob metabolism att ske i samband med partiklar. Partiklar är kända för att vara heta punkter för mikrobiell biogeokemisk cykling (Simon m.fl., 2002;Ganesh m.fl., 2014) och kan stödja kontrasterande anaeroba eller aeroba mikrobiella processer som inte observeras i det fritt levande tillståndet (Alldredge och Cohen, 1987;Wright m.fl., 2012;Suter et al., 2018).
I den föreliggande studien undersöker vi prokaryota samhällen som upptar den norra kanten av ETNP:s omgivande zon (OMZ) och miljöfaktorer som sannolikt påverkar deras vertikala utbredning med hjälp av 16S-amplikonsekvensering (iTags) i kombination med multivariat statistik. Vi undersökte två storleksfraktioner; den fritt levande (0,2–2,7 μm) fraktionen och den partikelassocierade fraktionen (>2,7 μm, infångande partiklar såväl som protistanceller) på flera djup längs oxyklinen som motsvarar distinkta redoxförhållanden.
Vi kan tillhandahålla sensorer för löst syre med olika parametrar, så att den molekylära koncentrationen kan övervakas i realtid. Välkommen att konsultera.
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
Publiceringstid: 5 juli 2024