沿海异养微生物种群生产的生物可利用和难溶性有机物外文翻译资料

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沿海异养微生物种群生产的生物可利用和难溶性有机物

文章信息

文章历史

2008年12月19日收到

2009年 2月25日接受

2009年 3月 6日在线提供

关键词

DOM

有色DOM

生物可利用DOM

难降解DOM

化学计量学

微生物异样

摘要

在时间进程培养中研究了从Loch Creran（苏格兰）分离的异养微生物群落生产溶解有机物质（DOM），其中细胞重悬浮在用不同比例的葡萄糖，铵和磷酸盐修饰的人造海水中。 培养实验表明，微生物异养生物释放部分底物作为新的DOM，DOC的生产效率为11plusmn;1％，DON为18plusmn;2％，DOP为17plusmn;2％。估计这种生产在Loch Creran中的影响表明，DOM的3plusmn;1％（DOC）到72plusmn;16％（DOP）可能源自异养微生物群落。生产的DOM（PDOM）是生物可利用的（BDOM）和难降解的（RDOM）。通过最大和最终DOM浓度之间的差异评估的生物利用度通常高于天然系统中所发现的，DOP（73plusmn;15％，平均值plusmn;SD）比DON的生物利用率更高（70plusmn;15％），而DON比 DOC的生物利用率更高（34plusmn;13％）。PDOM的化学计量与营养摄取和BDOM比率有关。DOM的吸收和荧光在培养期间显着增加，表明微异养生物也是有色DOM（CDOM）的来源，并且它们产生生物可利用的蛋白质样和难降解腐殖质样的紫色素。

1、介绍

河流对无机营养物质的投入支持了沿海海洋生态系统的高初级生产率（Lalli and Parsons, 1997），这导致大量的原始溶解有机物质（DOM）（Nagata,2000）。尽管异养微生物群落是该DOM的主要消费者（Seitzinger and Sanders,1997），其生产DOM的能力受到的关注较少。一些研究表明，微生物异养菌可能是海洋系统中生物可利用和难降解DOM的重要但很难量化的来源（Ogawa et al.,2001; Kawasaki and Benner,2006)。

在实验室和现场研究中已经反复观察到浮游植物释放DOM，渗出率，化学计量和可用性与营养水平有关（e.g. Ober- nosterer and Herndl,1995）。一些研究表明，细菌能够根据有机底物比例改变它们的C：N：P生物量比例（e.g. Tezuka,1990），而其他人发现恒定生物质比率（Goldman et al.,1987）。然而，改变C：N：P底物比率对DOM的异养微生物生产的影响在很大程度上是未知的。

已证明异养微生物在矿化过程中产生发色DOM（CDOM）（e.g. Rochelle-Newall and Fisher,2002）。CDOM吸收紫外线（UV）区域的光线，在光谱的红色区域下降至接近于零的水平（Stedmon and Markager,2001）。一部分吸收的光以较长的波长（FDOM）重新发射，其中两个主要DOM荧光基团被识别：蛋白质和腐殖质样（Coble et al.,1990; Coble，1996）。蛋白质样荧光（FDOMt）被认为是新鲜生产的DOM的一个指标，而腐殖质样微生物（FDOMm）表征较老的更难降解的DOM（Coble et al.,1990).

我们假设海洋异养微生物群落可能是沿海海域DOM的重要定量来源，生产的DOM的化学计量取决于底物比例。通过分离来自苏格兰Loch Creran的沿海异养微生物种群以及用碳（葡萄糖），无机氮（铵）和磷（磷酸盐）作为生长培养基修正的在0.2毫米过滤的人造海水中生长群落来研究这种情况。 在实验过程中溶解有机碳（DOC），如下所述监测氮（DON）和磷（DOP）浓度以及DOM荧光。

1. 材料与方法

2.1、培养实验

在冬季和春季（2007年1月16日和3月20日）从苏格兰峡湾Loch Creran的5米深处获得微生物接种物的样品。 选择这些取样日期是为了研究在不同的生物和水文条件下收集的微生物异养菌群体产生的DOM。

人造海水用Milli-Q紫外线（UV）加纯化装置处理过的水制备，导致低碳和低营养含量。 氯化钠，氯化钾，碳酸氢钠，硫酸钠，六水合氯化镁，二水合氯化钙，溴化钾，溴酸，氟化钠，六水合氯化锶，六水合硅酸钠，六水合氯化铁，六水合硫酸锰，九水合硫酸锌和九水合硫酸钴加入到Milli-Q水中以达到与微生物接种物相同的盐度水平，分别为28.2（1月16日）和28.3（3月20日）。氯化钠，硫酸钠和氯化钾在使用之前燃烧（450℃ 4小时）以去除有机碳。葡萄糖（C₆H₁₂O₆），铵（NH₄Cl）和磷酸盐（KH₂PO₄）作为底物加入，用氯化钠和氢氧化钠将pH调节至8.0。通过重力将来自Loch Creran的海水通过预燃的GF / F过滤器两次，制备微生物接种物。此后将GF / F过滤器以1:50稀释度接种到培养基中。在两升琥珀色玻璃瓶中共进行16次培养，一式两份，并在黑暗中在恒温14℃下培养。人造海水20mmol L^-1的DOC浓度起源于加入的盐和它认为难以处理的接种物，因此从所有样品中减去。这个假设对获得的结果的影响可以通过首先假设20mmol L^-1是100％生物可利用的，其次是微生物将该DOC的11％（如在该研究中发现的）转化成新DOC。这会导致低估微生物产生的2mmol L^-1和1.5mmol L^-1库用于耐药池（考虑到33％的生物利用度）。

人造海水中的溶解无机氮（DIN）和磷（DIP）浓度低于检测极限。添加到培养基中的葡萄糖，铵和磷酸盐浓度范围为163至867mmol L^-1的C，21.4-157.8mmol L^-1的N和1.3-13.6mmol L^-1的P（表格1）。C：N添加底物的比率在2和17之间变化，C：P比率在32和311之间变化，N：P比率在5和57之间变化。 选择这些比例使细菌生物量（50：10：1）的平均C：N：P比率（Fagerbakke et al.,1996).

由于溶解有机氮（DON）和磷（DOP）浓度低于实验开始时的检测极限，因此假定实验过程中产生的DON和DOP是微生物来源的，并被命名为生产DOM（ PDOM）。 在实验开始后的第0,3,11,30,50和100天收集子样品：溶解的有机物吸光度（CDOM）和荧光（FDOM），葡萄糖，DOC，DIN，DIP，总溶解氮（TDN）和磷（TDP），总有机碳（TOC），总氮（TN）和磷（TP）。将溶解相的样品通过预洗过的（gt; 1L无菌过滤的Milli-Q水）

0.2微米聚碳酸酯膜。用于CDOM分析的样品是在4℃暗处储存在琥珀色玻璃瓶中。 在预燃（450℃）玻璃安瓿中收集葡萄糖和FDOM样品（20mL）并在黑暗中冷冻（-20℃）储存直至分析。冻结FDOM样品的效果通过随时间采样而测量，没有发现主要影响。 TOC，DOC，TN和TDN分析的样品在预先燃烧（450℃ 6小时）玻璃安瓿中收集并通过加入10mL 85％H₂PO₄保存。 DIN和DIP样品储存在酸洗聚乙烯瓶中并保持冷冻（-20℃）。 将TDP和TP样品收集在玻璃瓶中并冷冻（20℃）直至分析。 所有使用的玻璃器皿都进行酸洗（2mmol L^-1HCl）24小时，并在使用前用Milli-Q水洗涤三次。

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表格1

在实验过程中使用的DOC（UDOC），DIN（UDIN）和DIP（UDIP）浓度，实验过程中产生的DOC（PDOC），DON（PDON）和DOP（PDOP）以及残留DOC（RDOC），DON ）和实验结束时的DOP（RDOP）。 实验1-8于1月开始，实验9-16于2007年3月进行。数值为3次重复的平均值plusmn;标准误差（mmol / L）^\。

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