Jejak Surih Oksigen Terlarut pada Struktur Komuniti Prokarioplankton dalam Zon Minimum Oksigen

Pasifik Utara Tropika Timur (ETNP) ialah zon minimum oksigen (OMZ) yang besar, berterusan dan semakin intensif yang merangkumi hampir separuh daripada jumlah keseluruhan OMZ global. Dalam teras OMZ (∼350–700 m kedalaman), oksigen terlarut lazimnya berhampiran atau di bawah had pengesanan analitik penderia moden (~10 nM). Kecerunan oksigen yang curam di atas dan di bawah teras OMZ membawa kepada penstrukturan menegak komuniti mikrob yang juga berbeza antara pecahan saiz berkaitan zarah (PA) dan hidup bebas (FL). Di sini, kami menggunakan penjujukan amplikon 16S (iTags) untuk menganalisis kepelbagaian dan taburan populasi prokariotik antara pecahan saiz FL dan PA dan antara julat keadaan redoks ambien. Keadaan hidrografi di kawasan kajian kami adalah berbeza daripada yang dilaporkan sebelum ini dalam ETNP dan OMZ lain, seperti ETSP. Kepekatan oksigen jejak (~ 0.35 μM) hadir di seluruh teras OMZ di lokasi pensampelan kami. Akibatnya, pengumpulan nitrit yang biasanya dilaporkan untuk teras OMZ tidak hadir begitu juga urutan untuk bakteria anammox (Brocadiales genusCandidatusScalindua), yang biasanya ditemui merentasi sempadan oksik-anoksik dalam sistem lain. Walau bagaimanapun, taburan bakteria pengoksidaan ammonia (AOB) dan archaea (AOA) dan kadar asimilasi karbon autotrof maksimum (1.4 μM C d^–1) bertepatan dengan kepekatan ammonium yang ketara berhampiran bahagian atas teras OMZ. Di samping itu, ahli genusNitrospina, klad bakteria pengoksidaan nitrit (NOB) dominan menunjukkan bahawa kedua-dua pengoksidaan ammonia dan nitrit berlaku pada kepekatan oksigen surih. Analisis ujian kesamaan (ANOSIM) dan Penskalaan Dimensi Bukan Metrik (nMDS) mendedahkan bahawa perwakilan filogenetik bakteria dan archaeal adalah berbeza dengan ketara antara pecahan saiz. Berdasarkan profil ANOSIM dan iTag, komposisi himpunan PA kurang dipengaruhi oleh rejim biogeokimia yang bergantung kepada kedalaman semasa berbanding pecahan FL. Berdasarkan kehadiran AOA, NOB dan surih oksigen dalam teras OMZ kami mencadangkan bahawa nitrifikasi ialah proses aktif dalam kitaran nitrogen rantau ini ETNP OMZ.

pengenalan

Sebagai tindak balas kepada perubahan iklim yang berterusan dan aktiviti manusia setempat, kepekatan oksigen terlarut telah berkurangan di lautan terbuka dan dalam sistem marin pantai (Breitburg et al., 2018). Anggaran kehilangan oksigen dari lautan terbuka selama 60 tahun yang lalu melebihi 2% (Schmidtko et al., 2017), mewujudkan kebimbangan tentang akibat pengembangan zon kekurangan oksigen (Paulmier dan Ruiz-Pino, 2009). OMZ lautan terbuka terbentuk apabila pengeluaran primer permukaan tinggi menyemarakkan permintaan oksigen biologi dalam perairan bawah permukaan yang melebihi kadar pengudaraan fizikal pada kedalaman. Kepekatan oksigen dalam lajur air OMZ boleh mempunyai kecerunan yang curam (oxycline) di atas dan di bawah teras kehabisan oksigen menghasilkan lapisan hipoksik (biasanya antara 2 dan ~ 90 μM), suboksik (<2 μM) dan anoksik (di bawah had pengesanan (~ 10 nM) dengan pelbagai dimensi (Bertagnolli dan Stewart, 2018). Kecerunan oksigen membawa kepada penstrukturan menegak komuniti metazoan dan mikrob serta proses biogeokimia di sepanjang oxyclines yang meluas ini (Belmar et al., 2011).

Beberapa kadar kehilangan nitrogen tertinggi telah direkodkan dalam OMZ di Pasifik Utara Tropika Timur (ETNP) dan Pasifik Selatan (ETSP) (Callbeck et al., 2017;Penn et al., 2019), Lembangan Cariaco berstrata kekal (Montes et al., 2013), Laut Arab (Ward et al., 2009), dan OMZ sistem upwelling Benguela (Kuypers et al., 2005). Dalam sistem ini, proses mikrob denitrifikasi kanonik (pengurangan heterotrofik nitrat kepada perantaraan nitrogen dan selalunya kepada gas dinitrogen) dan anammox (pengoksidaan ammonium anaerobik) membawa kepada kehilangan nitrogen yang berpotensi mengehadkan pengeluaran primer (Ward et al., 2007). Selain itu, pelepasan nitrus oksida lautan (gas rumah hijau yang kuat) daripada denitrifikasi mikrob yang berlaku dalam OMZ dianggarkan menyumbang sekurang-kurangnya satu pertiga daripada pelepasan nitrus oksida semulajadi global (Naqvi et al., 2010).

ETNP OMZ ialah zon minimum oksigen yang besar, berterusan dan semakin intensif yang merangkumi hampir separuh daripada jumlah keseluruhan OMZ global, terletak di antara 0–25°U latitud dan 75 dan 180°W longitud (Paulmier dan Ruiz-Pino, 2009;Schmidtko et al., 2017). Disebabkan kepentingan ekologinya, biogeokimia dan kepelbagaian mikrob kawasan ETNP OMZ yang berbeza telah dikaji secara intensif (cth,Beman dan Carolan, 2013;Duret et al., 2015;Ganesh et al., 2015;Chronopoulou et al., 2017;Pack et al., 2015;Peng et al., 2015). Kajian terdahulu melaporkan bahawa oksigen terlarut dalam teras OMZ ini (∼250–750 m kedalaman) biasanya hampir atau di bawah had pengesanan analitikal (∼10 nM) (Tiano et al., 2014;Garcia-Robledo et al., 2017). Walau bagaimanapun, di sepanjang margin utara OMZ (lokasi tapak kajian ~ 22°N) ETNP kepekatan oksigen pada 500 m boleh mencapai purata tahunan antara 10 dan 20 μM (Paulmier dan Ruiz-Pino, 2009; Data daripada World Ocean Atlas 2013)¹. Semasa kempen lapangan yang dilaporkan di sini, kami mengukur oksigen dalam teras OMZ pada kepekatan yang mencukupi (0.35 μM) untuk menyokong proses mikrob aerobik, seperti pengoksidaan ammonium dan nitrit, dan sebahagiannya menghalang proses mikrob anaerobik yang penting. Proses mikrob aerobik telah dikesan sebelum ini dalam lapisan suboksik atau anoksik ETNP OMZ (Peng et al., 2015;Garcia-Robledo et al., 2017;Penn et al., 2019). Walau bagaimanapun, faktor yang mengawal pengedaran dan aktiviti kumpulan berfungsi tertentu mikroorganisma dalam OMZ masih belum difahami sepenuhnya.

Kehadiran nitrifier di mana oksigen tidak dapat dikesan dalam OMZ boleh dijelaskan oleh peralihan baru-baru ini dalam kedudukan menegak oxycline disebabkan oleh pengudaraan oksigen menegak episodik, yang boleh membawa kepada paras oksigen surih sementara dalam teras OMZ (Muller-Karger et al., 2001;Ulloa et al., 2012;Garcia-Robledo et al., 2017). Keadaan sementara sedemikian boleh dieksploitasi oleh populasi aerobik atau mikroaerofilik, termasuk nitrifier. Selain itu, zarah tenggelam dari epipelagik (sel agregat, pelet najis, dan bahan organik kompleks) boleh mengandungi tahap surih oksigen (Ganesh et al., 2014). Oleh itu, oksigen dan mikrob aerobik boleh diangkut ke perairan anoksik, sementara membenarkan metabolisme aerobik berlaku bersama-sama dengan zarah. Zarah dikenali sebagai titik panas kitaran biogeokimia mikrob (Simon et al., 2002;Ganesh et al., 2014) dan boleh menyokong proses mikrob anaerobik atau aerobik yang berbeza yang tidak diperhatikan dalam keadaan hidup bebas (Alldredge dan Cohen, 1987;Wright et al., 2012;Suter et al., 2018).

Dalam kajian ini, kami menyiasat komuniti prokariotik yang menduduki margin utara OMZ ETNP dan faktor persekitaran yang mungkin mempengaruhi taburan menegak mereka menggunakan penjujukan amplikon 16S (iTags) ditambah dengan statistik multivariate. Kami memeriksa dua pecahan saiz; pecahan hidup bebas (0.2–2.7 μm) dan pecahan berkaitan zarah (>2.7 μm, menangkap zarah serta sel protistan) pada kedalaman berbilang sepanjang oxycline yang sepadan dengan keadaan redoks yang berbeza.

Kami boleh menyediakan sensor oksigen terlarut dengan parameter yang berbeza, supaya kepekatan molekul boleh dipantau dalam masa nyata. Dialu-alukan untuk berunding

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