Medición de las tasas potenciales de reducción de nitrato disimilado a amonio basada en 14NH4+/15NH4+ Análisis a través de la conversión secuencial a N2O

Resumen

Se proporciona en detalle una serie de métodos para determinar la tasa potencial de DNRA basada en ¹⁴análisis NH₄+^/15NH₄^+. NH₄⁺ se convierte en N₂O a través de varios pasos y se analiza utilizando cromatografía de gases cuadrúpedos-espectrometría de masas.

Resumen

La importancia de entender el destino del nitrato (NO_3o),⁻que es la especie N dominante transferida de los ecosistemas terrestres a los acuáticos, ha ido aumentando porque las cargas mundiales de nitrógeno han aumentado drásticamente tras la industrialización. La reducción disimilizante de nitratos a amonio (DNRA) y la desnitrificación son procesos microbianos que utilizan NO₃^para la respiración. En comparación con la desnitrificación, las determinaciones cuantitativas de la actividad de la DNRA se han llevado a cabo sólo en una medida limitada. Esto ha llevado a una comprensión insuficiente de la importancia de DNRA en^las transformaciones NO₃y los factores reguladores de este proceso. El objetivo de este documento es proporcionar un procedimiento detallado para la medición de la tasa potencial de DNRA en muestras ambientales. En resumen, la tasa potencial de DNRA se puede calcular a partir de la tasa de acumulación de amonio con etiqueta N de ¹⁵(¹⁵NH₄⁺) en ¹⁵NO₃^- incubación añadida. La determinación de las ¹⁴concentraciones NH₄⁺ y ¹⁵NH₄⁺ descritas en este documento se compone de los siguientes pasos. En primer lugar, el NH₄⁺ en la muestra se extrae y se atrapa en un filtro de vidrio acidificado como sal de amonio. En segundo lugar, el amonio atrapado se elue y se oxida a NO₃a través^de la oxidación del persulfato. En tercer lugar, el NO₃^se convierte en N₂O a través de un denitrificador de deficiencia de N₂O reductasa. Finalmente, el N₂O convertido se analiza utilizando un sistema de cromatografía de gases de cuadrúpedo-espectrometría de masas previamente desarrollado. Aplicamos este método a los sedimentos de marismas y calculamos sus tasas potenciales de DNRA, demostrando que los procedimientos propuestos permiten una determinación simple y más rápida en comparación con los métodos descritos anteriormente.

Introducción

La síntesis artificial de fertilizantes nitrogenados y su aplicación generalizada han perturbado enormemente el ciclo global del nitrógeno. Se estima que la transferencia de nitrógeno reactivo de los sistemas terrestres a los costeros se ha duplicado desde tiempos preindustriales¹. Una porción significativa de los fertilizantes aplicados a un campo determinado se lava lejos del suelo a los ríos o aguas subterráneas, principalmente como NO₃^{a 2}. Esto puede causar problemas ambientales como la contaminación del agua potable, la eutrofización y la formación de hipoxia. NO₃^en ambie....

Protocolo

1. Preparación de una envolvente de PTFE para capturar cuantitativamente los gases NH₃

1. Coloque una pieza de 60 mm de cinta de politetrafluoroetileno (PTFE) (25 mm de ancho) en una pequeña lámina de aluminio (aproximadamente 300 mm x 450 mm de tamaño, limpiada con etanol).
2. Ceniza de un filtro de fibra de vidrio (10 mm de diámetro con un tamaño de poro de 2,7 m) a 450 oC durante 4 h en un horno de mufla. Coloque el filtro de fibra de vidrio un poco por encima del punto medio del eje más largo de la cinta (Figura 1a).
3. Detecte 20 l de 0,9 mol/L H₂SO₄ en el centro de un filtro GF/D....

Resultados

Los resultados representativos presentados en este documento se derivaron de ¹⁵experimentos de rastro de N de sedimentos de marismas. La marisma muestreada fue creada recientemente después del Gran Terremoto del Este de Japón de 2011 en el área de Moune de la ciudad de Kesen-numa en la prefectura de Miyagi, Japón. En septiembre de 2017, se recogieron sedimentos superficiales (0-3 cm) en dos emplazamientos en las zonas submareales e intermareales. Primero, inmediatamente después.......

Discusión

La concentración y la relación de isótopos de NH₄⁺ para el análisis DNRA se cuantificaron utilizando varios métodos. Las concentraciones y las relaciones de isótopos de NH₄⁺ generalmente se miden por separado. La concentración de NH₄⁺ se mide típicamente utilizando métodos colorimétricos incluyendo un autoanalyzer^{4,10,15,16,.......}

Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo

Nombre	Empresa	Número de catálogo	Comentarios
15N-KNO3	SHOKO SCIENCE	N15-0197
15N-NH4Cl	SHOKO SCIENCE	N15-0034
20 mL Botella de PP	SANPLATEC	61-3210-18	Tapa de
aluminio	Maruemu	1307-13	Nº 20, con orificio
Ácido	bóricoWako	021-02195
Centrífuga	HITACHI	Himac CR21G II
Presión de gas desoxigenado & Inyector de repuesto	SANSIN INDUSTRIAL	IP-12
Filtro de membrana de acetato de celulosa desechable	ADVANTEC	25CS020AS	Tamaño de poro 0.22 µ m, 25 mm de diámetro
Jeringa desechable	Termo	SS-10SZ	10 mL
Jeringa desechable	Termo	SS-01T	1 mL
Dulbecco' s Solución salina tamponada con fosfato (-)	NISSUI PHARMACEUTICAL	5913
Jeringa hermética al gas	VICI Valco Instruments	4075-15010	Series A-2, 100 µ L
GC/MS	shimadzu	GCMS-QP2010ultra
GF/D	Whatman	1823-010	10 mm de diámetro
Frasco de vidrio	Maruemu	0501-06	20 mL
Tapón de caucho butílico gris	Maruemu	1306-03	No.20-S
H2SO4	Wako	192-04696	Reactivo Garantizado
K2S2O8Wako		169-11891 Grado de	análisis de nitrógeno y fósforo
KCl	Wako	163-03545	Reactivo garantizado
KNO3	Wako	160-04035	Reactivo garantizado
NaOH	Wako	191-08625	Análisis de compuestos nitrogenados grado
NH4Cl	Wako	017-02995	Reactivo Garantizado
Tubo de centrífuga de plástico	ASONE	1-3500-22	50 mL, VIO-50BN
Pseudomonas chlororaphis subsp. aureofaciens Colección Americana de	Cultivos Tipo (ATCC)	ATCC 13985	Liofilizada, la cepa tipo de Pseudomonas aureofaciens
Cinta de sellado de PTFE	Sigma-Aldrich	Z221880	25 mm de ancho
Agitador alternativo	TAITEC	0000207-000	NR-10
Tubo de ensayo con tapón de rosca	IWAKI	84-0252	11 mL
Tapón revestido de PTFE para tubo de ensayo	IWAKI	84-0262
Caldo de soja tríptico	Laboratorios Difco 211825

de boca ancha