Name: Labor Simulation eines Eisen (II) -reichen Präkambrium Meeres Upwelling-System das Wachstum von Bakterien zu erkunden Photosynthetic (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-07-24T15:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 45 s
Description: Erfahren Sie, wie ein eisenreiches präkambrianisches Aufwärtssystem im Labor simuliert wird, um die Rolle von Cyanobakterien bei der Sauerstoffproduktion zu untersuchen. Diese Methode ermöglicht die Analyse früher geochemischer Prozesse auf der Erde.

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Mark Nordhoff in der Konzeption und Umsetzung von Schlauchverbindungen unterstützt. Ellen Struve half auszuwählen und zu erwerben Ausrüstung verwendet werden.

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Autoren haben nichts zu offenbaren.

Mikrobielle Gemeinschaften im Präkambrium Ozean wurden geregelt durch, oder als Folge von veränderten, ihre Aktivität und den vorherrschenden geochemischen Bedingungen. Bei der Interpretation der Ursprünge der BIF, Forscher schließen im Allgemeinen das Vorhandensein oder die Aktivität von Mikroorganismen auf der Sedimentologie oder Geochemie von BIF basiert, zum Beispiel Smith et al. 23 und Johnson et al. 24. Die Studie der modernen Organismen in modernen Umgebungen , die...

Das Präkambrium (4,6-,541 Gy vor) Atmosphäre einen allmählichen Aufbau von photosynthetisch hergestellten Sauerstoff erfahren (O 2), vielleicht für Schritt Veränderungen unterbrochen an der sogenannten &quot;Great Oxidation Event&quot; (GOE) bei etwa 2,4 Gy vor, und wieder in Neoproterozoikum (1-,541 Gy vor) als atmosphärischen O genähert 2 moderne Stufen 1. Cyanobakterien sind die evolutionären Reste der ersten Organismen, die von oxygenic Photosynthese 2. Geochemische Beweise und Modellierungsstudien unterstützen die Rolle der flachen Küstengebiete in beherbergen aktive Gemeinschaften von Cyanobakterien oder Organismen, die von oxygenic Photosynthese oder oxygenic phototrophs, 3-5 unter einer überwiegend anoxischen Atmosphäre im Oberflächenozean lokalen Sauerstoff Oasen zu erzeugen. Die Ablagerung von Bändererz (BIFs) aus dem Meerwasser in den präkambrischen Punkte zu Eisen (II) (Fe (II)) als eine wichtige geochemische constituent von Meerwasser, zumindest lokal, während ihrer Abscheidung. Einige der größten BIFs sind Tiefwasserablagerungen, die Kontinentalsockel und Steigung bilden ab. Die Menge an Fe abgeschieden ist unvereinbar aus einer Massenbilanz Standpunkt mit überwiegend kontinental (dh Verwitterung) Quelle. Daher ein großer Teil der Fe wurden , müssen 6 von hydrothermalen Veränderungen von mafischen oder ultramafischen seafloor Kruste geliefert. Die Schätzungen der Rate von Fe abgeschieden außenbords der Küstengebiete im Einklang mit Fe (II) an die Oberfläche Ozean über upwelling 7 geliefert. Um für Fe in Aufwärtsströmungen transportiert werden, müssen in der reduzierten, mobile Form vorhanden gewesen - als Fe (II). Die durchschnittliche Oxidationsstufe von Fe in BIF erhaltenen 2,4 8 , und es wird allgemein angenommen , dass BIF erhalten Fe als Fe (III) abgeschieden wird , gebildet wird, wenn Fe aufsteigendes (II) oxidiert, gegebenenfalls durch Sauerstoff. Daher erforschen Potential Fe (II) Oxidationsmechanismen entlang Hang environments ist wichtig, zu verstehen, wie BIF gebildet. Darüber hinaus verfeinert geochemische Charakterisierung von marinen Sedimenten hat festgestellt, dass eisenhaltig Bedingungen, in denen Fe (II) in einer anoxischen Wassersäule war, ein hartnäckiges Merkmal der Ozeane auf der ganzen Präkambrium waren und nicht nur auf die Zeit und den Ort beschränkt waren wo BIF wurden 9 abgeschieden. Daher ist für mindestens zwei Milliarden Jahre Erdgeschichte, Redox - Schnittstellen zwischen Fe (II) und O 2 in den flachen Meeren waren wahrscheinlich alltäglich. Zahlreiche Studien nutzen moderne Websites, die chemische und / oder biologische Analoga von verschiedenen Merkmalen des präkambrischen Ozeans sind. Ein gutes Beispiel sind eisenhaltig Seen , in denen Fe (II) in sonnendurchfluteten Oberflächenwasser stabil und vorhanden ist , während die photosynthetische Aktivität (einschließlich von Cyanobakterien) wurde 10-13 nachgewiesen. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen geben einen Einblick in den geochemischen und mikrobiellen Eigenschaften eines oxischen zu anoxischen / ferruginous Chemokline. Allerdings sind in der Regel diese Seiten physisch geschichtet mit wenig vertikal 14 Mischen, anstatt die chemischen Schnittstellen in einem upwelling System auftreten, und dachte , sind 4 die meisten Sauerstoffproduktion in präkambrischen Zeit zu unterstützen. Ein natürliches Analogon die Entwicklung eines marinen Sauerstoff Oase unter einer anoxischen Atmosphäre und bei einem Fe (II) -reichen Auftriebssystem in sonnendurchfluteten Oberflächenwassersäule ist nicht verfügbar auf der modernen Erde zu erkunden. Daher ist ein Laborsystem, das eine ferruginous upwelling Zone simulieren kann und auch das Wachstum von Cyanobakterien und photoferrotrophs Unterstützung benötigt wird. Das Verständnis und die Identifizierung von mikrobiellen Prozesse und deren Wechselwirkung mit einem upwelling wässrigen Medium, das Präkambrium Meerwasser darstellt, fördert das Verständnis und kann die Informationen aus dem Rock-Platte gewonnen, um zu ergänzen, um in vollem Umfang die unverwechselbaren biogeochemische Prozesse auf alten Erde zu verstehen. </p&gt; Mit diesem Ziel wurde in dem Fe (II) -reichen Seewassermedium (pH neutral) wurde gepumpt, um eine im Labormaßstab Säule entwickelt, um in den Boden der Säule und abgepumpt von oben. Beleuchtung wurde an der Spitze vorgesehen, um eine 4 cm breite &quot;photic Zone&quot; zu schaffen, die das Wachstum von Cyanobakterien in den Top 3 cm unterstützt. Natürliche Umgebungen sind in der Regel geschichtet und durch physikalisch-chemischen Gradienten stabilisiert, wie Salinität oder Temperatur. Um die Wassersäule auf einem Labormaßstab, der Säulenzylinder wurde gepackt mit einer porösen Glasperlen Matrix zu stabilisieren, das die Einrichtung von geochemischen Muster zu halten half, die während des Experiments entwickelt. Ein kontinuierlicher N 2 / CO 2 Gasfluss wurde angelegt , um den Kopfraum der Kolonne , um zu spülen , eine anoxische Atmosphäre reflektierende eines Ozeans vor der GOE 15 aufrechtzuerhalten. Nachdem ein konstanter Fluss von Fe (II) hergestellt wurde, Cyanobakterien wurden überall in der Säule inokuliert und ihre growth wurde durch Zellzählungen an Proben überwacht Sampling-Ports entfernt durch. Sauerstoff wurde in situ überwacht durch sauerstoffempfindliche Optode Folien auf die Innenwand des Säulenzylinders und Messungen Plazieren von außerhalb der Säule mit einer optischen Faser hergestellt wurden. Wässrige Fe Speziation wurde durch Entnahme von Proben aus tiefenaufgelösten Horizontalabtastpuffers Ports und analysiert mit dem Ferrozine Verfahren quantifiziert. Die abiotische Kontrolle Experimente und Ergebnisse zeigen, Proof-of-concept -, dass ein Labormaßstab analog der alten Wassersäule, in Isolation von der Atmosphäre gehalten, erreichbar ist. Cyanobakterien wuchs und erzeugt Sauerstoff, und die Reaktionen zwischen Fe (II) und Sauerstoff wurden auflösbar. Hierbei ist die Methodik zur Konstruktion, Herstellung, Montage, Ausführung und Probenahme von solchen Säule präsentiert, zusammen mit den Ergebnissen aus einem 84 h Lauf der Säule , während mit dem Cyanobakterium Synechococcus sp marine inokuliert. PCC 7002.

<table><tbody><tr><td>Widdelkolben (5 L)</td><td>Ochs</td><td>110015</td><td>labor-ochs.de</td></tr><tr><td>Glasflaschen (5 L)</td><td>Rotilabo</td><td>Y682.1</td><td>carlroth.com</td></tr><tr><td>Glaspipetten (5 ml)</td><td></td><td>51714</td><td>labor-ochs.de</td></tr><tr><td>0,22 &micro; m Steritop Filtereinheit (0,22&nbsp; &Mikro; m Polyethersulfonmembran)</td><td>Millipore</td><td>X337.1</td><td>carlroth.com</td></tr><tr><td>Aluminiumfolie</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Sterile Luer-Lock-Glasspritze, gefüllt mit Baumwolle</td><td></td><td>C681.1</td><td>carlroth.com</td></tr><tr><td>Luer-Lock-Nadeln aus Edelstahl (150 mm, 1,0&nbsp; mm ID)</td><td></td><td>201015</td><td>labor-ochs.de</td></tr><tr><td>NaCl</td><td>Sigma</td><td>433209</td><td>sigmaaldrich.com</td></tr><tr><td>MgSO4</td><td>Sigma</td><td>208094</td><td>sigmaaldrich.com</td></tr><tr><td>CaCl2</td><td>Sigma</td><td>C4901</td><td>sigmaaldrich.com</td></tr><tr><td>NH4Cl</td><td>Sigma</td><td>A9434</td><td>sigmaaldrich.com</td></tr><tr><td>KH2PO4</td><td>Sigma</td><td>P5655</td><td>sigmaaldrich.com</td></tr><tr><td>KBr</td><td>Sigma</td><td>P3691</td><td>sigmaaldrich.com</td></tr><tr><td>KCl</td><td>Sigma</td><td>P9541</td><td>sigmaaldrich.com</td></tr><tr><td>Glaszylinder</td><td></td><td>Y310.1</td><td>carlroth.com</td></tr><tr><td>Glaswolle</td><td></td><td>7377.2</td><td>carlroth.com</td></tr><tr><td>Glasperlen (&oslash; 0,55 - 0,7& nbsp; mm)</td><td></td><td>11079105</td><td>biospec.com</td></tr><tr><td>Stopfen aus Butylkautschuk (1,2 cm)</td><td></td><td>271024</td><td>labor-ochs.de</td></tr><tr><td>Petrischale, Glas (1,0 cm) cm)</td><td></td><td>T939.1</td><td>carlroth.com</td></tr><tr><td>Polymere Kleber</td><td></td><td>OTTOSEAL S68</td><td>adchem.de</td></tr><tr><td>Optische Sauerstoffsensorfolie (zur Sauerstoffanalyse, siehe unten)</td><td></td><td>&ndash; auf Anfrage &ndash;</td><td>presens.de</td></tr><tr><td>Gummischlauch (35 mm, 7&nbsp; mm ID)</td><td></td><td>770350 labor-ochs.de</td><td></td></tr><tr><td>Luer-Lock-Schlauchverbinder (3,0 mm, Luer-Lock-Stecker = LLM)</td><td></td><td>P343.1</td> carlroth.com <td></td></tr><tr><td>Luer-Lock-Schlauchverbinder (3,0 mm, Luer-Lock-Buchse = LLF)</td><td></td><td>P335.1</td><td>carlroth.com</td></tr><tr><td>Gummischlauch (25 mm, 0,72 mm ID)</td><td></td><td>2600185</td><td>newageindustries.com</td></tr><tr><td>Gummischlauch (50 mm, 7&nbsp; mm ID)</td><td></td><td>770350</td><td>labor-ochs.de</td></tr><tr><td>Luer-Lock-Nadel aus Edelstahl (150 mm, 1,0 mm ID)</td><td></td><td>201015</td> labor-ochs.de <td></td></tr><tr><td>Luer-Lock-Spritze aus Glas (10 ml)</td><td></td><td>C680.1</td><td>carlroth.com</td></tr><tr><td>Lose Baumwolle&nbsp;</td><td></td><td>&ndash;</td><td></td></tr><tr><td>Stopfen aus Butylkautschuk (1,75 cm)</td><td></td><td>271050</td><td>labor-ochs.de</td></tr><tr><td>Nadel aus Edelstahl (40 mm, 1,0 cm) mm ID)</td><td>Sterican</td><td>4665120</td><td>bbraun.de</td></tr><tr><td>Luer-Lock-Nadel aus Edelstahl (150 mm, 1,5 mm ID)</td><td></td><td>201520</td><td>labor-ochs.de</td></tr><tr><td>Position: Luer-Lock-Buchse an C.7</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Polymers Kleber</td><td></td><td>OTTOSEAL S68</td><td>adchem.de</td></tr><tr><td>Edelstahlnadel (120 mm, 0,7 mm ID)</td><td>Sterican</td><td>4665643</td><td>bbraun.de</td></tr><tr><td>Gummischläuche (40 mm, 0,74 mm Innendurchmesser)</td><td></td><td>2600185</td><td>newageindustries.com</td></tr><tr><td>Schrumpfschläuche (35&nbsp; mm, 3 mm ID geschrumpft)</td><td></td><td>541458 - 62</td><td>conrad.de</td></tr><tr><td>Schlauchschelle</td><td></td><td>STHC-C-500-4</td><td>tekproducts.com</td></tr><tr><td>Luer-Lock-Schlauchverbinder (1,0 mm, LLF)</td><td></td><td>P334.1</td><td>carlroth.com</td></tr><tr><td>Luer-Lock-Kunststoffkappe (LLM)</td><td></td><td>CT69.1</td><td>carlroth.com</td></tr><tr><td>Glasflasche (5 L)</td><td>Rotilabo</td><td>Y682.1</td><td>carlroth.com</td></tr><tr><td>Butylkautschuk-Stopfen (für GL45)</td><td></td><td>444704</td><td>labor-ochs.de</td></tr><tr><td>Edelstahlkapillare (300 mm, 0,74 mm ID)</td><td></td><td>56736</td><td>sigmaaldrich.com</td></tr><tr><td>Edelstahlkapillare (50 mm, 0,74 mm ID)</td><td></td><td>56737</td><td>sigmaaldrich.com</td></tr><tr><td>Schrumpfschlauch (35 mm, 3&nbsp; mm ID geschrumpft)</td><td></td><td>541458 - 62</td><td>conrad.de</td></tr><tr><td>Gummischlauch (100 mm, 0,74 mm ID)</td><td></td><td>2600185</td> newageindustries.com <td></td></tr><tr><td>Luer-Lock-Schlauchanschluss (1,0 mm, LLF)</td><td></td><td>P334.1</td><td>carlroth.com</td></tr><tr><td>Luer-Lock-Glasspritze (10 ml)</td><td></td><td>C680.1</td><td>carlroth.com</td></tr><tr><td>Lose Baumwolle&nbsp;</td><td></td><td>&ndash;</td><td></td></tr><tr><td>Stopfen aus Butylkautschuk (1,75 cm)</td><td>271050</td><td>labor-ochs.de</td>Nadel aus Edelstahl (40 mm, 0,8 cm)<td></td></tr><tr><td> mm ID)</td><td>Sterican</td><td>4657519</td> bbraun.de <td></td></tr><tr><td>Luer-Lock-Glasspritze (5 ml)</td><td></td><td>C679.1</td><td>carlroth.com</td></tr><tr><td>Stopfen aus Butylkautschuk (1,75 mm)</td><td></td><td>271050</td><td>labor-ochs.de</td></tr><tr><td>Gummischlauch (40 mm, 0,74 mm ID)</td><td></td><td>2600185</td><td>newageindustries.com</td></tr><tr><td>Glasflasche (2 L)</td><td>Rotilabo</td><td>X716.1</td><td>carlroth.com</td></tr><tr><td>Butylkautschuk-Stopfen (für GL45)</td><td></td><td>444704</td><td>labor-ochs.de</td></tr><tr><td>Edelstahl-Kapillare (50 mm, 0,74 mm ID)</td><td></td><td>56736</td><td>sigmaaldrich.com</td></tr><tr><td>Gummischlauch (30 mm x 0,74 mm ID)</td><td></td><td>2600185</td><td>newageindustries.com</td></tr><tr><td>Gummischlauch (100 mm x 0,74 mm ID)</td><td></td><td>2600185</td><td></td></tr><tr><td>newageindustries.com Luer-Lock-Schlauchverbinder (1,0 mm, LLF)</td><td></td><td>P334.1</td><td>carlroth.com</td></tr><tr><td>Luer-Lock 3-fach Anschluss (LLF, 2x LLM)</td><td></td><td>6134</td><td>cadenceinc.com</td></tr><tr><td>Lichtquelle</td><td>Samsung</td><td>SI-P8V151DB1US</td><td>samsung.com</td></tr><tr><td>Schlauchpumpe</td><td>Ismatec</td><td>EW-78017-35</td><td>coleparmer.com</td></tr><tr><td>Pumpschlauch (0,89&nbsp; mm ID)</td><td></td><td>EW-97628-26</td><td>coleparmer.com</td></tr><tr><td>Edelstahl-Kapillare (200 mm, 0,74 mm ID)</td><td></td><td>56736</td><td>sigmaaldrich.com</td></tr><tr><td>Edelstahl-Kapillare (400 mm, 0,74 mm ID)</td><td></td><td>56737</td><td>sigmaaldrich.com</td></tr><tr><td>Supel-Inert Foil (Tedlar - PFC) Gaspaket (10 L)</td><td></td><td>30240-U sigmaaldrich.com</td><td></td></tr><tr><td>Gummischlauch (30 mm, 6&nbsp; mm ID)</td><td></td><td>770300</td><td>labor-ochs.de</td></tr><tr><td>Luer-Lock-Schlauchverbinder (3,0 mm, LLM)</td><td></td><td>P343.1</td><td>carlroth.com</td></tr><tr><td>Luer-Lock-Schlauchverbinder (3,0 mm, LLF)</td><td></td><td>P335.1</td><td>carlroth.com</td></tr><tr><td>Gasdichte Spritze (20&nbsp; ml)</td><td></td><td>C681.1</td><td>carlroth.com</td></tr><tr><td>Bunsenbrenner</td><td></td><td>&ndash;</td><td></td></tr><tr><td>Faseroptisches Sauerstoffmessgerät für die Sauerstoffquantifizierung</td><td>Presens</td><td>TR-FB-10-01</td><td>presens.de</td></tr><tr><td>Vakuumpumpe</td><td></td><td>&ndash;</td><td></td></tr><tr><td>Silikonkleber für Sauerstoffoptoden</td><td>Presens</td><td>PS1</td><td>presens.de</td></tr></tbody></table>

labor simulation eines eisen (ii) -reichen präkambrium meeres upwelling-system das wachstum von bakterien zu erkunden photosynthetic

Laboratory Simulation of an Iron(II)-rich Precambrian Marine Upwelling System to Explore the Growth of Photosynthetic Bacteria

Ein herkömmliches Konzept für die Abscheidung von einigen Präkambrium Bändererz (BIF) geht davon aus, dass Eisen - II [Fe (II)] upwelling aus hydrothermalen Quellen in der präkambrischen Ozean durch molekularen Sauerstoff oxidiert [O 2] von Cyanobakterien produziert. Die ältesten BIFs, abgeschieden vor der Großen Oxidation Ereignis (GOE) bei etwa 2400000000 Jahre (Gy) vor, könnte durch direkte Oxidation von Fe (II) durch anoxygenen photoferrotrophs unter anoxischen Bedingungen gebildet. Als Verfahren zur Herstellung der geochemischen und minera Muster zu testen, die unter verschiedenen biologischen Szenarien entwickeln, haben wir eine 40 cm lange vertikale Durchflusssäule mit einem anoxischen Fe (II) -reichen marine upwelling System Vertreter eines alten Ozean im Labormaßstab zu simulieren . Der Zylinder wurde mit einer porösen Glasperlen gepackte Matrix die geochemische Gradienten zu stabilisieren und flüssigen Proben für Eisen Quantifizierungs könnten in der gesamten Wassersäule entnommen werden. Gelöster Sauerstoff wurdenicht-invasiv mittels Optoden von außen erkannt. Die Ergebnisse aus biotischen Experimente, die upwelling Flüsse von Fe (II) aus dem Boden beteiligt sind, eine deutliche Lichtgradienten von oben, und Cyanobakterien in der Wassersäule, zeigen deutliche Hinweise auf die Bildung von Fe (III) mineralische Ausfällungen und Entwicklung einer Chemokline zwischen Fe (II) und O 2. Diese Spalte ermöglicht es uns, Hypothesen für die Bildung der BIFs zu testen, indem Cyanobakterien Kultivierung (und in der Zukunft photoferrotrophs) unter simulierten Meeres Präkambrium Bedingungen. Darüber hinaus vermuten, dass wir unsere Säulenkonzept für die Simulation von verschiedenen chemischen und physikalischen Umgebungen ermöglicht - einschließlich flachen Meeres oder Seesedimente.

Kontrollversuch Abiotische Kontrollexperimente (10 Tage) zeigten konstant niedrige Sauerstoffkonzentrationen (O 2 &lt;0,15 mg / L) ohne nennenswerte Schwankungen in der Fe (II) -profile ganzen upwelling Wassersäule. Die Bildung von Niederschlägen (vermutlich Fe (III) (oxyhydr-) oxide) in dem Medienspeicher und der leichten Abnahme der Gesamt Fe (II) -Konzentration von 500 &amp; mgr; M b...

Wir simulieren einen Präkambrium eisenhaltig marine Auftriebssystem in einem Labormaßstab vertikalen Flow-Through-Säule. Ziel war es , zu verstehen , wie geochemische Profile von O 2 und Fe (II) entwickeln , wie Cyanobakterien produzieren O 2. Die Ergebnisse zeigen , die Einrichtung eines Chemokline wegen Fe (II) Oxidation von photosynthetisch hergestellte O 2.

Labor Simulation eines Eisen (II) -reichen Präkambrium Meeres Upwelling-System das Wachstum von Bakterien zu erkunden Photosynthetic

A conventional concept for the deposition of some Precambrian Banded Iron Formations (BIF) proceeds on the assumption that ferrous iron [Fe(II)] upwelling ...

Das übergeordnete Ziel dieses experimentellen Ansatzes ist es, ein eisenhaltiges Auftriebssystem zu simulieren und geochemische Profile von Sauerstoff und wässrigem Eisen in der Wassersäule zu detektieren, wenn Cyanobakterien vorhanden waren und durch Photosynthese Sauerstoff produzieren. Diese neu entwickelte Methode kann helfen, zentrale Fragen der Erdgeschichte zu beantworten, wie z.B. die Sauerstoffversorgung der Atmosphäre und die Ablagerung von gebänderten Eisenformationen. Der Hauptvorteil dieser Technik besteht darin, dass geochemische Bedingungen, die in einem präkambrischen Ozean noch existiert haben könnten, im Labormaßstab simuliert, untersucht und mit modernen Methoden überwacht werden können.Obwohl diese Methode Einblicke in frühe Erdstudien geben kann, kann sie auch auf andere moderne Umgebungen angewendet werden, z. B. für geomikrobielle Untersuchungen und chemische Fluktuationen in Sedimentkörpern. Im Allgemeinen werden Personen, die mit dieser Methode noch nicht vertraut sind, Schwierigkeiten haben, da die Einrichtung des Experiments nicht trivial ist, aber das Video Informationen über die wichtigsten Schritte im Protokoll liefert. Die Bakterienkultivierung, die ersten Montageschritte des Aufbaus und Hinweise zur Sterilisation von Materialien sind im Textprotokoll beschrieben.Es ist zu beachten, dass die Zelllösung für Synechococcus 7002 für spätere Experimente anoxisch sein muss. Entfernen Sie daher den löslichen Sauerstoff, indem Sie die Lösung über eine 0,22-Mikron-gefilterte Spritze mit anoxischem Stickstoffkohlendioxid blasen, wobei Sie eine zweite Nadel im Stopfen haben, um den Überdruck abzulassen. Um die Photosynthese und die Produktion von Sauerstoff zu stoppen, decken Sie die Kulturflasche ab.Spülen Sie nach fünf Minuten Blasenbildung den Kopfraum. Um die Säule zusammenzubauen, stellen Sie sie auf eine ebene Fläche und stabilisieren Sie sie mit einem Laborständer und Klammern. Achten Sie darauf, unter sterilen Bedingungen zu arbeiten und entfernen Sie vorsichtig die Alufolie aus der oberen Öffnung.Füllen Sie dann die Säule mit sterilisierten Glasperlen. Bereiten Sie als Nächstes ein Uhrglas vor, um die Säule fest zu schließen. Trage Kleber auf die innere Oberfläche auf, wo er die Säule berühren wird.Drücken Sie es dann leicht an den oberen Rand der Säule. Lassen Sie es mindestens sechs Stunden lang aushärten. Fahren Sie mit dem Erstellen von Anhängen fort.Befestigen Sie zunächst die Gasaustauschplatte des Kopfraums an der Entlüftung des Kopfraums. Führen Sie dann die entsprechenden Butylkautschuk-Stopfen in die mit Baumwolle gefüllten Glasspritzen ein. Verbinden Sie anschließend die Luer-Lock-Glasspritze mit der entsprechenden Edelstahlnadel.Verbinden Sie dann die anoxische Gasleitung mit einer weiteren Luer-Lock-Edelstahlnadel mit dem Headspace-Gasaustauschpanel. Nachdem Sie einige weitere Verbindungen hergestellt haben, stellen Sie sicher, dass Sie das Medienverteilerfeld mit dem Butylstopfen für die Mediumflasche verbinden. Die Kolonneninstillation und das Kapillarsystem werden bei niedrigem Druck mit sauerstoffischem Gas gespült.Lassen Sie das Gas über die mittlere Flaschenkapillare, den Drei-Wege-Anschluss und die Probenahmeanschlüsse entweichen. Spülen Sie das Gas mindestens 20 Minuten lang durch die Instillation. Um den Stopfen mit der Mediumflasche zu verbinden, verschließen Sie zunächst den anoxischen Gasstrom mit einer Schlauchschelle am entsprechenden Rohr.Heben Sie dann den Butylkautschukstopfen leicht von der mittelgroßen Flasche ab. Führen Sie anschließend eine sterile, mit Baumwolle gefüllte Spritze mit einer gebogenen Nadel in den Kopfraum der mittleren Flasche ein, die mit 50 Millibar blasen, und spülen Sie den Kopfraum mit anoxischem Gas. Entfernen Sie dann schnell den Gummistopfen und ersetzen Sie ihn durch den vorbereiteten Stopper mit der Kapillare.Dies muss schnell und unter strenger Beachtung der Sterilität erfolgen, um die Zugabe von Sauerstoff und Bakterien zu vermeiden. Entfernen Sie anschließend die lange Metallnadel, um den Deckel zu schließen. Tauschen Sie dann die lange Metallnadel der Glasspritze gegen eine Einwegnadel aus und injizieren Sie anoxisches Gas in den Stopfen, um den Kopfraum der Mediumflasche zu spülen.Tun Sie dies mindestens vier Minuten lang. Schließen Sie dann die Gasleitung und ziehen Sie die Injektionsnadel aus dem Stopfen. Der verbleibende Überdruck des Gases entweicht über die Glasspritze.Um fortzufahren, schließen Sie die Spritze an ein mit anoxischem Gas beladenes Gaspackchen an, während Sie leichten Druck auf das Gaspaket ausüben. Das Gaspaket kompensiert den Volumenverlust in der Flasche, wenn Medium aus der Flasche abgepumpt wird. Schließen Sie als Nächstes ein leeres, vorgespültes Zehn-Liter-Gaspaket an den freien Anschluss des Drei-Wege-Anschlusses an, der an den Auslassflaschen befestigt ist.Achten Sie darauf, das Ventil des Gaspakets geschlossen zu halten. Reduzieren Sie nun den Druck des anoxischen Gases auf unter 0,1 Millibar, um einen stetigen Gasausfluss aus der Ausgasungsnadel aufrechtzuerhalten. Stellen Sie dann die Pumpe auf und lösen Sie die Klemme am Schlauch, um an das Medium zu gelangen.Öffnen Sie nun das Ventil des leeren Gaspakets und starten Sie die Pumpe. Die Packung sammelt die Luft, die aus den Auslassflaschen verdrängt wird, wenn sie mit Medium gefüllt werden. Überwachen Sie, wie sich das Verteilerfeld mit Medium füllt, und entfernen Sie das restliche Gas aus dem Panel, während es sich füllt, indem Sie es in einer umgekehrten Position halten.Das Gas wird aus den Kapillaren abgelassen, die mit der Pumpe verbunden sind. Stellen Sie die Pumpe auf 0,45 Liter pro Tag ein und überwachen Sie die Säule, die sie mit Medium füllt. Installieren Sie zuletzt die Lichtquelle.Positionieren Sie es zwei Zentimeter über dem oberen Ende der Säule. Decken Sie dann die oberen zehn Zentimeter der Säule mit dunklem Klebeband oder Alufolie ab. Decken Sie dann die gesamte Instillation mit einem dunklen Textil ab.Für die Inokulation haben Sie sechs Spritzen mit Nadeln, die lang genug sind, um die Mitte des Säulenkörpers zu erreichen. Beginnen Sie mit der Sterilisation der Außenseite der Butylkautschukstopfen an den sechs Hauptprobenahmeanschlüssen. Verwenden Sie 80% Ethanol und Flammen.Spülen Sie dann eine Spritze mit anoxischem Gas. Als nächstes wird ein Milliliter der anoxischen Zelllösung aufgezogen und durch die Butylkautschukstopfen an den sechs Probenahmeöffnungen in die Mitte der Säule injiziert. Verwenden Sie bei Bedarf eine sterile Pinzette, um die Nadel für die Injektion zu stabilisieren.Entnehmen Sie alle 24 Stunden Proben aus der Säule. Beginnen Sie am oberen Anschluss und arbeiten Sie sich nach unten. Spülen Sie zuerst die Spritze mit anoxischem Gas.Füllen Sie es dann mit anoxischem Gas. Entfernen Sie anschließend schnell die Kunststoffkappe und setzen Sie die Spritze fast auf den Schlauchanschluss. Stoßen Sie dann das Gas in der Spritze aus und verbinden Sie die Spritze fest mit dem Anschluss.Entfernen Sie nun die Klemme und entnehmen Sie eine Probe von einem Milliliter aus der Säule. Bringen Sie die Klemme wieder an, bevor Sie die Spritze herausziehen. Verschließen Sie dann den Stecker fest mit seiner Kappe.Wiederholen Sie nun diesen Vorgang am nächsten Port, der in der Spalte nach unten geht. Ein zehntägiges Kontrollexperiment ohne geimpfte Bakterien zeigte konstant niedrige Sauerstoffkonzentrationen ohne signifikante Schwankungen des löslichen Eisens in der gesamten aufsteigenden Wassersäule. Am fünften Tag lagen die niedrigsten Sauerstoffwerte unter 15 Milligramm pro Liter, was im Wesentlichen anoxisch ist.Vor der Inokulation am Tag Null waren keine Ausfällungen sichtbar, so dass kein Sauerstoff vorhanden war, der lösliches Eisen zu Eisenausfällungen oxidieren könnte. Die Konzentrationen an löslichem Eisen waren in der gesamten aufsteigenden Wassersäule konstant. 84 Stunden nach der Inokulation mit Cyanobakterien entwickelte sich in den oberen zwei Zentimetern der Säule eine grüne Farbe, die auf das Wachstum hinweist.Ein orangefarbenes Band bei minus drei Zentimetern deutete darauf hin, dass aufgrund der Sauerstoffproduktion der Cyanobakterien Eisen ausgefällt wurde. Während vor der Inokulation die anfängliche Sauerstoffkonzentration im Wesentlichen bei null lag, stieg das Sauerstoffprofil der oberen Säule nach 84 Stunden Wachstum signifikant an. Umgekehrt wurde auch ein Abfall des löslichen Eisens aus den oberen Tiefen gemessen.Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie Sie das Experiment einrichten und durchführen. Die Entnahme von flüssigen Proben ermöglicht es Ihnen, sowohl geochemische Parameter zu quantifizieren als auch Zellanalysen durchzuführen. Einmal gemeistert, kann das Experiment innerhalb eines Tages aufgebaut werden.Nach dem Start des Laufs können Veränderungen der Wassersäule über einen Zeitraum von mehreren Wochen überwacht werden, wenn er ordnungsgemäß durchgeführt wird. Im Anschluss an dieses Verfahren können alternative Setups verwendet werden, um zusätzliche Fragen zu schleichenden Reduktionen und mikrobiellen Verteilungen innerhalb von Sedimentkörpern zu beantworten.

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Research

Forschung

JoVE Journal

Environment

Umwelt

Mikrobielle Eukaryonten sind sowohl eine Quelle der photosynthetisch gewonnene Kohlenstoff und oben räuberische Arten in permanent eisbedeckten Antarktis Seen. Dieser Bericht beschreibt eine Bereicherung Kultur Ansatz zur metabolisch vielseitiges mikrobielle Eukaryoten aus der Antarktis See, Lake Bonney zu isolieren, und beurteilt anorganischen Kohlenstoff-Fixierung mit einem Radioisotopen-Potential Assay für Ribulose-1 ,5-Carboxylase-Oxygenase bisphophate (Rubisco) Aktivität.

Establishment of Microbial Eukaryotische Anreicherungskulturen aus einer chemisch geschichteten antarktischen See und Bewertung der Kohlenstoff-Fixierung Potential

Quelle: Gupta, S., et al. Isolierung und Charakterisierung extrazellulärer Vesikel, die von eisenlimitierten Mykobakterien produziert werden. J. Vis. Exp. (2019)Dieses Video zeigt das Verfahren zur Kultivierung von Mycobacterium tuberculosis unter eisenbeschränkten Bedingungen, um Eisenstress zu induzieren und die Sekretion von Siderophoren zu fördern, die das Überleben der Bakterien unterstützen.

Kultivierung von Mycobacterium tuberculosis unter eisenbeschränkten Bedingungen

Beginnen Sie mit einer Anreicherungskultur aus Feuchtgebietsböden, die Bakteriengemeinschaften enthält.Die Kultur zeigt Feammox-Aktivität, Ammoniumoxidation gekoppelt mit Eisenreduktion, was auf die Anreicherung eines Bakteriums hinweist, das zu diesem Stoffwechselprozess fähig ist.Verdünnen Sie die Kultur seriell mit Medien.Die verdünnten Proben werden auf Testagarplatten gestreift, die mit Eisen(III)-Eisen und Ammonium ergänzt sind.Verwenden Sie Kontrollplatten, die entweder Eisen(III)-Eisen...

Isolierung von Ammonium-oxidierenden Eisenreduzierern aus einer aus Feuchtgebieten gewonnenen Anreicherungskultur 

Quelle: Villela, H. D. M. et al. Prospektion mikrobieller Stämme für Bioremediation und Probiotikaentwicklung für die Forschung und Erhaltung von Metaorganismen. J. Vis. Exp. (2019)Dieses Video demonstriert die selektive Isolierung ölabbauender Meeresbakterien durch Anreicherung von Meerwasserproben auf ölbasierten Medien, was die Rückgewinnung reiner Stämme mit potenziellen Anwendungen in der Rohölbioremediation und Umweltreinigung ermöglicht.

Selektive Anreicherung und Isolierung ölabbauender Meeresbakterien aus Meerwasserproben

Wir beschreiben die Bildung chemischer Gärten durch Injektionsexperimente, die Laborsimulationen von natürlichen chemischen Gartensystemen ermöglichen, die sich an submarinen hydrothermalen Quellen bilden.

Chemische Gardens als Durchflussreaktoren Simulation natürlicher Hydrothermale Systeme

Schicksal und Speziation von Arsen und Quecksilber in Aquiferen sind eng verwandt, Physio-chemischen Bedingungen und mikrobielle Aktivität. Hier präsentieren wir Ihnen eine original experimentelle Spalte-Setup, die imitiert eines Aquifers und ermöglicht ein besseres Verständnis der Spurenelement Biogeochemie unter anoxischen Bedingungen. Zwei Beispiele sind dargestellt, geochemischen und mikrobiologischen Ansätze kombinieren.

Experimentelle Spalte Setup für das Studium der anaerober biogeochemischer Interaktionen zwischen Eisen (Oxy) Hydroxide, Spurenelemente und Bakterien

Vor-Ort-mikrobielle Bereicherung oder in Situ Anbautechniken können die Isolierung der mikrobiellen Taxa schwierig zu Kultur, vor allem von Low-Biomasse oder geochemisch extreme Umgebungen erleichtern. Hier beschreiben wir eine elektrochemische Einrichtung ohne eine externe Stromquelle, um mikrobielle Belastungen zu bereichern, die extrazelluläre Elektronentransport (EET) geeignet sind.

Selbststehende elektrochemischen Aufbau Anode atmender Bakterien vor Ort zu bereichern

Dieses Protokoll beschreibt mikrobielle Experimente unter erhöhten Drücken, um Biomining-Prozesse vor Ort zu untersuchen. Der experimentelle Ansatz verwendet einen schaukelnden Hochdruckreaktor, der mit einer Gold-Titan-Reaktionszelle ausgestattet ist, die eine mikrobielle Kultur in einem sauren, eisenreichen Medium enthält.

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Das Ziel dieses Protokolls ist es, simulierte hydrothermale Schornsteine durch chemische Garteninjektionsexperimente zu bilden und einen thermischen Gradienten über die anorganische Niederschlagsmembran einzuführen, wobei ein 3D-druckbarer Kondensator verwendet wird, der für Bildungszwecke reproduziert werden kann.

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Diese Veröffentlichung beschreibt das Design von Labor-Photobioreaktoren (PBRs) mit anpassbaren Lichtregimen. Das Wachstum von Cyanobakterien oder Mikroalgen, die Bicarbonat als Kohlenstoffquelle verwenden, wird kontinuierlich überwacht, indem die volumetrische Sauerstoffproduktion gemessen wird. Diese PBRs ermöglichen schnelle, replizierte Laborwachstumsvergleiche mit wenig Benutzereingriffen während der Experimente.

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Eine Reihe von in situ informierten simulierten Medienformaten für die Kultivierung umweltbedingt erworbener anaerober Mikroorganismen

Erfahren Sie, wie ein eisenreiches präkambrianisches Aufwärtssystem im Labor simuliert wird, um die Rolle von Cyanobakterien bei der Sauerstoffproduktion zu untersuchen. Diese Methode ermöglicht die Analyse früher geochemischer Prozesse auf der Erde.

Labor Simulation eines Eisen (II) -reichen Präkambrium Meeres Upwelling-System das Wachstum von Bakterien zu erkunden Photosynthetic (Video) | JoVE Journal

Labor Simulation eines Eisen (II) -reichen Präkambrium Meeres Upwelling-System das Wachstum von Bakterien zu erkunden Photosynthetic

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