Bacterioplankton活动中富亚热带沿海泻湖

文摘

本研究的目的是调查是否bacterioplankton活动中富康西卡奥泻湖的移置输入下会显著增加无机营养和有机碳。的丰度和生物量bacterioplankton评估在三种治疗方法:光(14 h灯/ 10 h黑暗),完全黑暗(dark-control)和营养(C + N + P-dark, 100: 10: 1)充实在72 h。营养丰富充实提升显著增加(最大值为19.0×10⁹细胞·L⁻¹在第一个32小时)和异养bacterioplankton的生物量,诱导形成的大型集群。细菌生物量non-enriched孵化项目中保持不变(dark-control和光)。细菌的增长速度显著高于后营养补充(1.35 d⁻¹),其次是控制(0.79 d⁻¹),光(0.63 d⁻¹)治疗,这在统计学上平等的()。细菌生产速度也明显高于营养补充下(1.28 d⁻¹),而控制和光(0.50 d⁻¹和0.44 d⁻¹分别),证明细菌生长和生产在这个中富泻湖正在立即“自下而上”的规定,紧随其后的是一个潜在的自上而下的影响。这些事实加强紧迫感改善当地污水管理计划,以防止进一步扩张的缺氧的水域。

1。介绍

远洋的理解bacterioplankton沿海水生环境中丰度和活动是主要的重要的为了预测微生物群落的变化,以应对频繁的改变这样的系统(1]。有机材料和无机养分的输入沿海泻湖主要来自流域径流,入渗,降水、空中和海上交往可以直接影响活动和微生物群落的组成,因此,在生态系统功能2,3]。沿海泻湖位于陆地和海洋之间的过渡区域环境中,并被认为是高度动态的环境中,受到突然的物理化学变量的变化,居住时间和接受者的多个来源的营养物质(3,4]。

异养细菌之间的补充矿质和转换过程中扮演重要的角色溶解有机碳(DOC)和颗粒有机碳(POC) [5,6),然后可以通过微生物循环更高营养级(7]。bacterioplankton的功能,主要是碳的净碳汇或链接系统,将取决于医生池的化学成分(8),如果没有捕食或最小化。

然而,不稳定的碳形式的因果关系和/或无机营养细菌活动还不清楚。一些研究表明积极影响溶解无机氮和磷酸盐富集在海洋细菌生长9- - - - - -12),而其他人则证明没有影响(13]。同时添加无机养分和葡萄糖,几项研究表明细菌丰度的一个重要反应和生产(14- - - - - -17]。相关的异质性观测结果的每个环境的不同营养状态9]。

沿海生态系统如康西卡奥泻湖,中富沿海泻湖(18),额外输入的外来物质可以刺激异养微生物,因此导致氧气消耗(19- - - - - -21]。缺氧发生大幅增加在过去15年里在湖的中心区域18],其营养状态已经改变了从oligo-mesotrophic中富在同一时间(18]。因此,我们假设bacterioplankton活动,这取决于细菌生产和经济增长,将增加在这个中富系统如果同时暴露于外部无机营养物质的来源和有机物质。

2。材料和方法

2.1。水采样和研究网站

在地下20 L水样本收集康西卡奥泻湖的中央部门11月2日,2011年,低温保存直到运到实验室。30°27′之间的泻湖位于17”和27°37′36”年代和48°25′30”和48°29′54”W(图1)。

康西卡奥泻湖与大西洋2公里长的通道,使中央部门的盐度变化从17.6到30 (19,22]。实验期间水温保持24°C;通常的溶解无机氮(铵+硝酸+亚硝酸盐)和溶解无机磷(磷酸盐)浓度范围在1.0和13.2之间µM和0.09和0.52之间µM,分别;平均喧嚣:下降比率超过25:1 (22]。叶绿素a浓度平均在3.5和4.0之间µg·L⁻¹(19,20.,22]。此外,连续径流丰富的治疗(生)生活污水直接流入水体(22,23]。体积平均生活污水排入系统计算约160³污水的月⁻¹,对应于300公斤(生物需氧量BOD₅天)⁻¹(24]。由于污水输入升高,大量增加溶解无机氮(铵、亚硝酸盐和硝酸盐)浓度已经观察到泻湖水自1980年代(25]。

2.2。文化的准备和实验过程

水从Conceicao泻湖和收集整除仔细过滤通过醋酸纤维素膜(微孔直径47毫米和0.2µ在实验室在孔隙大小)。一升的过滤水或介质(稀释样品导致减少食草动物的数量(14])转移到每个三个无菌玻璃接受者导致70%的过滤介质和30%的培养液(整个水以前的过滤),相当于一个体积的1.43 L /复制。Bacterioplankton文化收到以下标签根据治疗:(1)光(原位光强度与光周期:14 h灯,10 h黑暗,室温);(2)控制(黑暗,室温);和(3)营养(C + N + P = NH的葡萄糖₄Cl和K₂HPO₄增加100的最终浓度µM C: 10µmn: 1µM P,黑暗,室温)。所有治疗都保持在72 h描述条件。为什么控制和营养的治疗被蒙在鼓里是防止自养生物量的积累(能光合自养的细菌和picoeukaryotes)在整个实验过程中,将干扰或释放细胞外医生竞争的结果。另一方面,光治疗是重要的光/暗周期的影响细菌活动相比,完全黑暗。

2.3。细菌数量和生物量

整除15毫升被从每个治疗每隔12 h和固定PFA(多聚甲醛)2%(最终浓度),使每个治疗(7估计t₀,t₁₂,t₂₄,t₃₆,t₄₈,t₆₀,t_72年)。整除被用来确定细菌丰度、生物量、大小或biovolume。从每个治疗方法是透过一毫升的整除0.2µ米黑聚碳酸酯膜(直径为25毫米)(微孔)和沾4′,6-diamidino-2-phenylindole (DAPI) 15分钟(1µg·毫升⁻¹最终浓度)。

过滤器被安装到幻灯片,和细菌细胞是用数字化的显微镜计数(奥林巴斯BX-40) [26]。从每个过滤器,十个随机领域统计,至少有200个细菌细胞测量。长度、宽度、伸长和区域的每一个细胞都是使用免费的“UTHSCSA图像工具”(德克萨斯大学健康科学中心,圣安东尼奥,德克萨斯州,美国)(27]。细菌biovolume长度和宽度的测量,经过计算得出生物质biovolume的函数使用以下算法:B= 120V^0.72,在那里B=生物量;V= biovolume (μ米³);120 = fg·C·转换因素μ米⁻³(28]。总生物量计算平均细胞生物量乘以细菌丰度。

2.4。数据分析

计算细菌生长的细胞密度增加从头到尾的指数增长时期。计算细菌生产以同样的方式使用细菌生物量数据的时间。Bacterioplankton特定的增长率(µ)和生物质生产利率计算的斜率线性回归ln-transformed细菌丰度和生物量随时间指数增长期间(29日]。每天每日增长率(µ)和日常细菌生产获得的利率乘以24小时增长率。倍增时间计算)除以0.69 (ln 2)每天µ。比较细菌增长和生产率(线性回归角系数)是由协方差分析(ANCOVA),后续使用图基执行多重比较的统计显著性水平的测试。密度、生物量和biovolume手段比较,方差分析(方差分析)或t以及,如果这样,(日志+ 1)转换数据,其次是图基的测试(显著性水平)[30.,31日]。使用Statistica 7软件进行了统计检验。

3所示。结果

样品显示不同的丰度和生物量在治疗和时间值。平均数量的细胞(细胞·L⁻¹)在每个治疗72 h后孵化高营养治疗(7.44×10⁹±2.55×10⁹细胞·L⁻¹),其次是dark-control (3.00×10⁹±8.04×10⁸细胞·L⁻¹)和光烧瓶(1.77×10⁹±2.08×10⁸细胞·L⁻¹)。细菌丰度呈指数增加,直到36 h(最大1.9×10¹⁰细胞·L⁻¹),其次是减少和第二个小增加60和72 h之间的营养治疗。dark-control治疗,细胞的数量增加到48 h(最大7.18×10⁹细胞·L⁻¹)。烧瓶,样本显示低丰度相比其他疗法和维护大约常量值在整个实验(图2)。

考虑安排在每个治疗细胞,增加细胞的发生集群和大小36 h的孵化后,只在营养丰富,多达200细胞聚集在一起(图3)。此外,大量的丝状细菌增加了12到24小时营养治疗,而在dark-control,发生了较小的延迟增加36至48 h。针对治疗,持续观察丝状细菌数量在整个实验(图4)。然而,没有观察到显著差异关于丝状细菌丰度在治疗(单向方差分析,)。考虑到相对大量的丝状细菌,更强的这一部分的贡献社区中检测出光和dark-control烧瓶(分别为5.6%和7.1%),对那些接受营养贡献2.5%。

(一)

(b)

(一)

(b)

(c)

图4

丝状细菌丰度(平均值±标准错误)(a)的三个治疗在72 h潜伏期。治疗:dark-control =控制,14 h光/ 10 h =光暗周期,和黑暗C + N + P浓缩=营养。丝状细菌的例子(b)和蓝细菌(c)出现在dark-control治疗48 h。(b) DAPI-stained细胞,异养丝状细菌(白色箭头)。(c)蓝藻的自体荧光红(灰色箭头)。

细菌的大小估计细胞biovolume (µ米³)已经被用来计算细胞生物量C的函数可用性(µg·C·细胞⁻¹)。因此,意味着细胞biovolume介于6.45和13.65之间µ米³生物质,因此,在417.82和678.36之间µg·C·细胞⁻¹。最高的平均观察biovolume营养治疗36 h (13.65µ米³),并在24小时(13.58的光µ米³)(图5)。高振荡意味着biovolume可以归因于不同的贡献的丝状细菌和细菌的存在不同的形态类型。然而,biovolume没有明显不同的治疗(单向方差分析,)(表1)。另一方面,考虑到总生物量(碳/体积单位(mg·C·L⁻¹)),最高的生物质注册营养治疗,特别是在24和36 h(峰值为12.3 mg·C·L⁻¹)(图6),同样是什么细菌丰度(图所示2)。


参数		DF	女士	F

密度(细胞·L⁻¹)	治疗	2	0.4710	5.3	0.0154
密度(细胞·L⁻¹)	错误	18	0.0890
Biovolume (µ米³)	治疗	2	0.0031	0.3	0.7467
Biovolume (µ米³)	错误	18	0.0105
生物质(mg·L⁻¹)	治疗	2	0.4734	4.6	0.0235
生物质(mg·L⁻¹)	错误	18	0.1017

DF =自由度。

细菌丰度和生物量高营养添加相比dark-control和光治疗(单向方差分析,)(表1)。细菌的增长速度是0.79 d⁻¹1.34 d⁻¹和0.63 d⁻¹dark-control,营养物质,分别和光治疗。细菌生产速度振荡从0.44到1.13 d⁻¹(表2)。ANCOVA结果显示细菌生长和生物量生产利率不同治疗(ANCOVA:F_{0.05;(1)、2、9}增长和ANCOVA = 9.00:F_{0.05;(1)、2、9}细菌生产= 5.08)。斜坡之间的差异进行了测试,发现细菌生长和生产更高的营养治疗,尽管增长和生产相似的光和dark-control孵化项目(表2)。


治疗	增长率(h⁻¹)	增长率(d⁻¹)	R²	产量(h⁻¹)	产量(d⁻¹)	R²	倍增时间

光	0.026^b	0.626	0.86	0.018^b	0.437	0.98	1.106
Dark-control	0.033^b	0.789	0.74	0.021^a、b	0.500	0.62	0.878
黑暗的C + N + P	0.056^一个	1.346	0.74	0.047^一个	1.128	0.67	0.515

上标字母表明ANCOVA的结果和图基测试斜坡——之间的差异问0.05。

表2

细菌的增长速度(小时⁻¹和天⁻¹)和确定系数(R ²),生产速度(小时⁻¹和天⁻¹)和确定系数(R ²光),倍增时间,dark-control,黑暗C + N + P治疗。细菌生长和生产速度测定的斜率线性回归ln-transformed细菌丰度和生物量与时间结束时间(从0到指数增长阶段)。

翻倍(0.51 d⁻¹0.87 d⁻¹和1.10 d⁻¹分别为营养、dark-control和光)表明,异养细菌社区经历了两个重复每天的营养治疗,而在自然条件(dark-control治疗),bacterioplankton重复的每天一次(表2)。

当细胞biovolume和碳生物量的变化被认为是,稍微不同的观察结果,因为营养和光线治疗显示小幅增加72 h参数的潜伏期。

4所示。讨论

Bacterioplankton活动中富泻湖明显刺激后的溶解有机碳和无机养分,证明该系统的脆弱性外部来源的有机和无机物质。

平均细胞大小、13µ米³在整个实验中,并没有发生显著的变化;然而,细菌细胞显示一个伟大的形态学变化。自然地,孤立的海洋细菌显示低增长率在环境条件下(32]。这些作者报道,细胞biovolume为0.008µ米³0.3 d的增长率吗⁻¹,0.3µ米³细胞显示增长率为1.4 d⁻¹。平均13 biovolume发现在我们的研究中µ米³,两个数量级高于通常在海洋环境中找到。然而,重要的是要突出的存在和相对丰度丝状细菌,尤其是在48 h控制治疗。异养丝状细菌的优势已经被前面描述的康西卡奥泻湖属的球菌样的蓝藻呈现正相关聚球藻属(19),如图4 (b)和4 (c)。这被描述为一个策略来避免捕食,当细菌改变它们的大小对丝状的形式暴露在放牧压力(33- - - - - -35]。

一些研究表明,病毒裂解和原生生物捕食细菌生长和产量的主要监管机构,很多时候比资源更重要的可用性(36- - - - - -38]。然而,在环境与N: P比率高于Redfield比率,其中磷是有限资源,如康西卡奥泻湖(22,23),自底向上的控制细菌生长和/或生物质扮演更重要的角色比bacterivory(自上而下的控制39,40]。因此,放牧不容忽视的二次调节器bacterioplankton的活动。细菌丰度的显著下降36和60 h之间的营养治疗并发有轻微下降的平均细菌biovolume,说明了几个集群的形成的细菌细胞产生的较小的biovolume当彼此相连。有一些假设来解释这一结果:捕食柱身策略,增加距离,信号在细胞克服资源限制。

康西卡奥泻湖,细菌增长和生产的营养后翻了一倍,相比dark-control和光治疗。在研究样本贫瘠马尾藻海,增加的氮、磷、碳导致增加细菌生产7 - 15倍相比单独控制或无机营养的增加(14]。这一发现强化bacterioplankton贫瘠的环境(与浮游植物在不断的饥饿和竞争压力下)响应更快同时添加无机养分和碳后比中富环境。

先前的研究显示矛盾结果的影响养分和碳富集细菌生长和次级生产(例如,40- - - - - -46])。例如,显著增加细菌生产后的养分和碳在挪威峡湾(47中描述),而没有显著变化oligo-mesotrophic Uchiumi湾,日本(13]。最好的解释等水生细菌的增长和生产率的异质性被描述生态系统的营养状态,作为主要富营养化的响应的细菌是增加他们的特定的增长率(48]。生态系统的营养状态相关变量,直接或间接地与系统的主要生产:总有机质、溶解氧浓度、总磷、光穿透,浮游植物生物量表明叶绿素a浓度(49,50]。康西卡奥泻湖是在富营养化,持续缺氧的水域底部的中央部门,由微生物的增加有氧呼吸可以这个生态系统的水质的一个主要问题。

因此,增加营养负荷(N和P)直接或间接(营养状态)会改变细菌群落组成通过偏袒某些细菌种类,有能力迅速消耗这些新的可用资源(51- - - - - -55]。我们的结果表明,细菌活动依然没有改变,当暴露在完全黑暗(t以及- x光控制),在添加无机营养和有机碳、总细菌活动双打在第一个24小时。显然,有一个指示性的强劲竞争营养康西卡奥泻湖。

目前研究显示类似的活动总(汽车+异养)bacterioplankton和严格的异养细菌在无机养分和碳添加到泻湖。然而,bacterioplankton增长和刺激了生产碳,氮,磷增加,表明bacterioplankton生物质在这个中富沿海泻湖可能主要是自下而上的监管。这项研究表明,移置碳和无机营养物质通过未经处理的污水输入或暴雨径流进入泻湖有可能促进bacterioplankton的快速反应,因此,增加区域和持久性的泻湖内的“死区”。我们的结果加强有效的废物管理计划的重要性。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

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