Name: Configuración de columna experimental para el estudio de anaerobias biogeoquímicas interacciones entre bacterias, elementos traza e hidróxidos del hierro (Oxy) (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-12-19T12:30:00.000+00:00
Duration: 6 min 52 s
Description: Aprende a configurar columnas experimentales para estudiar la biogeoquímica anaerobia de arsénico y mercurio en acuíferos. Este método permite analizar la dinámica de elementos traza bajo condiciones reductoras de hierro y sulfato.

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Este trabajo fue financiado por BRGM, una beca postdoctoral del Conseil Général du Loiret y el Instituto Carnot. También agradecemos el apoyo financiero al proyecto de pivotes de la Région Centre - Val de Loire.

1. experimental Preparación
<ol>
	<li>Acid-Wash todos los materiales (vidrio, politetrafluoroetileno (PTFE)) en contacto con las muestras (5 días en ácido nítrico (HNO3) de 20% v/v) seguidos de 5 días en ácido clorhídrico (HCl) 10% v/v). Enjuague varias veces con agua ultra pura y seca en un flujo laminar capucha antes.</li>
	<li>Uso de guantes de polietileno (o similar) y una campana de humos para todos los pasos que involucran sustancias químicas.</li>
</ol>
2. preparar Hg y como óxidos de hierro amorfos de tacon
<ol>
	<li>Preparar aproximadamente 20 g de ferryhydrate (derivados3): disolver 50 g de FECLAS3-6 H2O en 500 mL de agua ultra pura (resistividad &#62; 18 MΩ cm-1) en agitación en un reactor de vidrio con una hélice de acero inoxidable o magnético agitador. El pH inicial es &#60; 2.</li>
	<li>Agregar manualmente una solución de 10 M NaOH para ferryhydrate. Nota: Se requerirá aproximadamente 50 mL para precipitar todos los hidróxidos del hierro (oxy). Ajustar el pH a 6 y mantener la agitación durante 1 hora estabilizar.<ol>
		<li>Para tacon de Hg (oxi) hidróxidos: preparar 10 mL de HgNO3 a 10 g L-1 y añadir 350 μl de la solución de hidróxido (oxy). Nota: Esto le produce un contenido final de Hg en el húmedo (oxi) hidróxidos de hidróxidos (oxy) de ~ 4 μg g-1 .</li>
		<li>De tacon como (oxi) hidróxidos: preparar 100 mL de2O325 10 g L-1 y agregar 70 mL de la solución de óxido de hierro. Esto producirá un contenido de as (III) final de ~ 70 mg/g (oxi) hidróxidos.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Dejar en agitación con impulsor de acero inoxidable o agitador magnético durante 3 horas y luego centrifugar por 20 min a 2.000 x g. quitar el sobrenadante y resuspender los hidróxidos (oxy) en 500 mL de agua ultra pura. Repetir la centrifugación y lavado pasos dos veces. Recuperar los hidróxidos (oxy) húmedos (sólidos tienen un contenido de humedad de 85-90% peso) y almacenar a 4 ° C hasta su uso.</li>
	<li>Esterilizar Hg húmedo o tacon como óxidos de hierro por la radiación gamma, con una dosis de radiación absorbida mínima de 25 kGy.</li>
	<li>Control de Hg y como contenido (oxi) hidróxidos
	<ol>
		<li>Determinar el contenido de Hg de la pelotilla26. Nota: Encontramos 3.90 ± 0.08 μg g Hg-1 sólido. Así, la cantidad total de mercurio añadido a cada columna de los 18,3 g de óxidos de hierro fue 71,4 ± 1,51 μg.</li>
		<li>Determinar como contenidos en el sedimento. Uso caliente mineralización ácida (8 mL de 5 N HCL durante 4 horas a 50 ° C) y análisis por espectrometría de absorción atómica (AAS). Nota: Encontramos 70 mg como g-1 sólido. Así, la cantidad total de que añadido a la columna de los 18,3 g de óxidos de hierro fue ~1.3 g.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
3. preparar el Gel de sílice y arena de matriz
Nota: Una matriz de gel de silicona suelta fue utilizada para detener el óxidos de hierro finas de la mezcla de arena/hierro óxido bajo el flujo de agua. La matriz de gel final fue 6% gel de silicona para que no se forme un bloque pero al agregar libremente los óxidos.
<ol>
	<li>Preparar una mezcla de gel de sílice 10% calentando 4 g de gel de sílice en 40 mL de una solución del 7% de KOH sobre una placa caliente, revolviendo con una barra de agitación magnética hasta que se disuelva.</li>
	<li>Añadir 60 mL de agua ultra pura y luego enfriar la solución a 20 ° C. Valorar rápidamente con el ácido fosfórico diluido (20%) a pH 7,5. Entonces rápidamente mezclar el gel líquido de silicona con 320 g de arena estéril y el previamente agregado 18,3 g Hg-aguja o tacon como de óxidos de hierro antes de que se solidifica.</li>
	<li>Dividir la mezcla de "etanol" mezclando con una espátula y mantener estéril antes del uso en el paso 4.</li>
</ol>
4. configuración de la columna
<ol>
	<li>Uso de columnas de vidrio con un sistema de refrigeración con camisa de agua (volumen interno = 400 mL, altura = 30 cm, diámetro 3,5 cm) y cinco silicona septa establecer periódicamente (cada 5 cm) a lo largo de las columnas para que pueda degustar a lo largo de la columna.</li>
	<li>Corte el tubo de PTFE PTFE int Ø 3 mm () para asegurarse de suficiente longitud en la columna de entrada y salida. Conecte la entrada a la tubería peristáltica, que a su vez está conectada a la fuente de agua/medio.</li>
	<li>Esterilizar todos los materiales (vidrio, tubería) en autoclave (1 h a 110 ° C).</li>
	<li>Fije la columna verticalmente.</li>
	<li>Conectarse la chaqueta de agua de un agua de refrigeración para mantener una temperatura promedio de 20 ° C.</li>
	<li>Llenar la columna de la parte superior como sigue: -Una capa de lana de roca húmeda para evitar la pérdida de sólidos; -320 g de arena estéril (arena de Fontainebleau, D50 = 209 μm); -320 g de arena estéril mezclado con 18,3 g hidratado óxidos de hierro amorfos tacon con Hg o como (ver paso 1) y fija en una matriz de gel de silicona de 6% (ver paso 2).</li>
	<li>Una columna vertical y conecte el flujo ascendente de continuamente N2 burbujas de agua ultrapura estéril a baja velocidad (~ 2 mL h-1).</li>
	<li>Cubre la columna con papel de aluminio para proteger de la luz.</li>
</ol>
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56240/56240fig1v2.jpg"> 
Figura 1: Dibujo y Foto de la configuración de columna. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56240/56240fig1v2large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>

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</ol>

Los autores no tienen nada que revelar.

La configuración de columna experimental demostró para ser un dispositivo conveniente del laboratorio para el estudio de los procesos biogeoquímicos anaerobios en condiciones de continuadas. Sistemas de columna continua permiten trabajar en condiciones más cercanas a las de acuíferos reales que sistemas de hornada de la mezcla o microcosmos. Sistemas continuos pueden simular el movimiento del agua subterránea a través de sedimentos de acuíferos.
El paso más crítico dentro del protocolo está pr...

Entender y predecir la movilidad de elementos traza (TE) y la biogeoquímica en el medio ambiente es esencial para controlar, desarrollar y aplicar las decisiones de gestión adecuadas para sitios contaminados. Esto se aplica especialmente en el caso de TEs tóxicos como arsénico (As) y mercurio (Hg). La suerte y la especiación de estos TEs en el suelo o acuíferos están estrechamente relacionados a condiciones fisicoquímicas, tales como Eh y pH, sino también a las actividades microbianas que pueden jugar un papel ya sea directo en la especiación o un papel indirecto en la movilidad.
De hecho, algunas bacterias pueden oxidar el as (III) a as (v) directamente o reducir el as (v) a as (III). Esto afecta a como toxicidad, ya que el as (III) es la forma más tóxica de y la movilidad, ya que el as (III) es más móvil que el as (v), que puede absorber fácilmente (oxi) hidróxidos de hierro o materia orgánica1,2. Además, las bacterias están fuertemente involucradas en mercurio ciclismo, ya sea a través de su metilación, principalmente por sulfato y hierro reduciendo bacterias3,4, formando el mercurio monometílico de neurotoxina (fácilmente bioacumulativos en la cadena alimentaria), o a través de su reducción a volátiles elementales hectogramo (Hg °)5.
Ambos como sinos de Hg son también fuertemente ligadas a la composición del suelo o acuíferos, desde compuestos como materia orgánica y (oxi) hidróxidos del hierro pueden influir en su biodisponibilidad y secuestro. As (v) se adsorbe bien a (oxi) hidróxidos de hierro6, mientras que el Hg tiene una muy alta afinidad por la materia orgánica (OM, principalmente para grupos tiol) pero también para hierro coloidal o manganeso (oxi) hidróxidos OM agotan ambientes7,8 , 9 , 10 , 11.
Actividades bacterianas entonces pueden influir sobre el destino de TEs adsorbido (oxi) hidróxidos o materia orgánica a través de la reducción de (oxi) hidróxidos de hierro o la mineralización de la materia orgánica. Reducción directa de hierro por las bacterias es que la ruta dominante para la reducción de hierro en sulfuro agotadas zonas12,13, fe (III) se utiliza como aceptor terminal de electrones, mientras que indirectamente, fe (III) puede reducirse a fe (II) sulfuro de formado por una reducción bacteriana sulfato del14. Por otra parte, la presencia de sulfato puede también modificar Hg y como especiación a través de la formación de complejos como thio-arseniatos15 con como o metacinnabar con Hg.
Por lo tanto, una mejor comprensión del impacto de hierro y sulfato de ciclismo sobre el destino de TE, como Hg y como podría ayudarnos a mejorar la gestión de sitios contaminados y mantener la calidad del suelo y el agua. Datos también podrían contribuir a reforzar los modelos existentes de metal-movilidad. Microbiana Fe (III)-reducción16,17,18 puede producir la desorción de TE. Teóricamente, la reducción indirecta de (oxi) hidróxidos del hierro de sulfuro producido por la reducción microbiana de sulfato también podría impactar la movilidad TE. Sin embargo, la extensión y la cinética de estas reacciones se estudian generalmente en sistemas homogéneos por lotes o batch microcosmos16,18,19,20. La desventaja de los experimentos por lotes es la falta de disociación de los fenómenos que ocurren; de hecho, actividad se basa en y limitados por los recursos presentes en el lote y sólo da un resultado final de los cambios en la especiación y adsorción. Utilizando un enfoque de la columna permite la renovación del influjo de los medios de comunicación y la supervisión del destino de TE sobre tiempo y espacio. Estas condiciones son más realistas en comparación con un acuífero, donde fenómenos reales están estrechamente ligados a las condiciones de percolación continua. Por otra parte, ocurrencia de hidróxido de hierro heterogéneos (oxy) en los sedimentos del acuífero es común21,23, y los cambios espaciales en la composición mineralógica y química de las fases sólidas ciertamente conduce actividades microbianas .
Para aclarar la influencia de estas heterogeneidades en los fenómenos geo-microbiana y el destino de TE de hierro asociados, hemos desarrollado un laboratorio, una columna alimentan continuamente representando un acuífero modelo simplificado. La columna se llena para crear una zona de disminución de hierro en la entrada de la columna y una zona de ricos en hierro en la parte superior. Puertos de muestreo regular permiten estudiar individualmente cada zona como fenómenos asociados de interfaz. Un ejemplo de la aplicación de este dispositivo experimental para el estudio del destino de Hg y la especiación ya está disponible las24. Aquí le damos una descripción detallada de la instalación experimental y un segundo ejemplo de su aplicación que se centró en el comportamiento de como en acuíferos contaminados.

<table><tbody><tr><td>Columnas de vidrio</td><td>Beaucaverre, Francia</td> Las columnas de <td>pedido específico</td><td>se componían de 3 piezas separadas, el núcleo de la columna principal con la camisa de enfriamiento y los 5 puertos de muestreo (tamaño GL14 con aceituna) y una pieza superior e inferior que se ajusta al cuerpo de la columna principal y se mantiene en su lugar con una junta y un tornillo de silicona (RIN F 40x38 & SVL 42). Nota: Este diseño fue discutido directamente con la empresa. Recomendamos encontrar un vidriero local.</td></tr><tr><td>Septos PTFE/silicona diámetro 20 mm</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>508608</td><td></td></tr><tr><td>Tubo de PTFE ID 3 mm</td><td>VWR</td><td>228-0745</td><td></td></tr><tr><td>Bomba peristáltica</td><td>Dominique Dutsher SAS</td><td>66493</td><td></td></tr><tr><td>Tubo de bomba peristáltica LMT 55</td><td>VWR</td><td>224-2250</td><td>Tygon&reg; LMT 55&nbsp;</td></tr><tr><td>Arena de Fontainbleau D50=209 &micro; m</td><td>SIBELCO, Francia</td><td></td><td></td></tr><tr><td>N2 para burbujeo</td><td>Air Liquide, Francia</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Irradiación gamma</td><td>Ionisos, Dagneux, Francia</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Analizador automático de mercurio (AMA 254)</td><td>Análisis de corte, Francia</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Varian SpectrAA 300 Zeeman</td><td>Agilent</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Name </td><td>Company</td><td>Número de catálogo</td><td>Comments</td></tr><tr><td>Chemicals</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>HNO3 Supra pur</td><td>VWR</td><td>1.00441.1000</td><td>Fabricante: Merck</td></tr><tr><td>HCL 30% Supra pur</td><td>VWR</td><td>1.00318.1000</td><td>Fabricante: Merck</td></tr><tr><td>Hg(NO3)2</td><td>Merck</td><td>516953</td><td></td></tr><tr><td>As2O3</td><td>Merck</td><td>202673</td><td></td></tr><tr><td>FeCl3-6H2O</td><td>Merck</td><td>207926</td><td></td></tr><tr><td>gel de sílice</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>336815-500G</td><td></td></tr></tbody></table>

configuración de columna experimental para el estudio de anaerobias biogeoquímicas interacciones entre bacterias, elementos traza e hidróxidos del hierro (oxy)

Experimental Column Setup for Studying Anaerobic Biogeochemical Interactions Between Iron (Oxy)Hydroxides, Trace Elements, and Bacteria

Suerte y especiación de elementos traza (TEs), como arsénico (As) y mercurio (Hg), en los acuíferos están estrechamente relacionados a las condiciones fisio-químicos, como pH, potencial redox (Eh) sino también a las actividades microbianas que pueden desempeñar un papel directo o indirecto en especiación y movilidad. De hecho, algunas bacterias pueden oxidar el as (III) a as (v) directamente o reducir el as (v) a as (III). Además, las bacterias están fuertemente involucradas en Hg ciclismo, ya sea a través de su metilación, formando el mercurio monometílico de neurotoxinas, o su reducción a elemental Hg º. Los destinos de ambos como y Hg son también fuertemente ligada a la composición del suelo o los acuíferos; de hecho, como y Hg puede unirse a compuestos orgánicos o hidróxidos (oxy), que influirán en su movilidad. A su vez, indirectamente pueden influir en actividades bacterianas tales como reducción de hidróxido de hierro (oxy) o mineralización de materia orgánica como y Hg. La presencia de sulfato/sulfuro también puede afectar a estos elementos a través de la formación de complejos como thio-arsenatos con como o metacinnabar con Hg.
En consecuencia, se han planteado muchas preguntas importantes sobre el destino y especiación de como y Hg en el ambiente y cómo limitar su toxicidad. Sin embargo, debido a su reactividad hacia componentes del acuífero, es difícil disociar claramente los procesos biogeoquímicos que se producen y sus efectos diferentes sobre el destino de estos TE.
Para ello, hemos desarrollado un original, experimental, configuración de columna que imita un acuífero con zonas ricas como - o Hg-óxido de hierro versus hierro agotado áreas, permitiendo una mejor comprensión de Biogeoquímica de TE en condiciones anóxicas. El siguiente protocolo da instrucciones paso a paso para la configuración de columna para como o Hg, así como un ejemplo con como hierro y sulfato reducción de condiciones.

Ejemplo 1. Impacto de la reducción del hierro de movilidad y especiación
El como columna fue inoculada directamente con agua subterránea de un sitio que presenta una concentración como superior a los estándares de consumo (Bracieux, Loira y Cher, Francia). Agua subterránea fue muestreado en botellas estériles y almacenado a 5 ° C hasta su uso. La columna fue alimentada desde el fondo con este agua la comunidad m...

Suerte y especiación de arsénico y mercurio en los acuíferos son condiciones estrechamente relacionadas a physio-chemical y actividad microbiana. Aquí, presentamos una configuración columna experimental original que imita a un acuífero y permite una mejor comprensión de Biogeoquímica de elementos traza en condiciones anóxicas. Se presentan dos ejemplos, combinar métodos geoquímicos y microbiológicos.

Configuración de columna experimental para el estudio de anaerobias biogeoquímicas interacciones entre bacterias, elementos traza e hidróxidos del hierro (Oxy)

Fate and speciation of trace elements (TEs), such as arsenic (As) and mercury (Hg), in aquifers are closely related to physio-chemical conditions, such as ...

El objetivo general de este montaje experimental es estudiar el destino de los metales traza bajo condiciones de reducción de sulfato y/o hierro inducidas por actividades microbianas. Este método puede ayudar a responder preguntas clave en el campo de la biogeoquímica, como las interacciones entre ciclos biogeoquímicos fundamentales, por ejemplo, los del mercurio y el arsénico. La principal ventaja de esta técnica es que, debido al flujo continuo de agua, las dinámicas de las reacciones biogeoquímicas y la labilidad de los elementos traza se disocian y resultan accesibles mediante los puertos de muestreo.Por lo tanto, este método puede proporcionar información sobre el destino del mercurio y el arsénico, tal como se demostró aquí con respecto a los óxidos de hierro. También puede aplicarse a otros elementos traza o sustratos portadores. La procedimiento lo demostrará Hafida Tris, una técnica de nuestro laboratorio.Para comenzar este procedimiento, agregue 500 mililitros de agua ultrapura a un reactor de vidrio equipado con una barra de agitación magnética. Añada 50 gramos de cloruro férrico hexahidratado mientras agita. Agregue manualmente aproximadamente 50 mililitros de una soluc

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Comience con un cultivo de enriquecimiento derivado del suelo del humedal que contenga comunidades bacterianas.El cultivo exhibe actividad Feammox, oxidación de amonio acoplada a reducción de hierro férrico, lo que indica el enriquecimiento de una bacteria capaz de este proceso metabólico.Diluir en serie la cultura utilizando medios.Raye las muestras diluidas en placas de agar de prueba complementadas con hierro férrico y amonio.Use placas de control que carezcan de hierro férrico o amonio, o...

Aislamiento de reductores de hierro oxidantes de amonio de un cultivo de enriquecimiento derivado del suelo de humedales 

Se presenta un novedoso diseño de reactor, denominado biorreactor de alta densidad (HDBR), para el cultivo y estudio de comunidades microbianas de alta densidad. Aquí, el HDBR se aplica con éxito en una configuración de fotobiorreactor (PBR) para el estudio del metabolismo del nitrógeno por parte de una comunidad mixta de algas de alta densidad.

Un biorreactor Novela de alta densidad de cultivo de diversas comunidades microbianas

Hemos simulado un sistema de afloramiento marino ferruginosa Precámbrico en una columna de flujo continuo vertical, a escala de laboratorio. El objetivo era comprender cómo los perfiles geoquímicos de O 2 y Fe (II) evolucionar a medida que las cianobacterias producen O2. Los resultados muestran el establecimiento de una chemocline debido a la oxidación Fe (II) por fotosintéticamente producido O 2.

Simulación de un laboratorio de hierro (II) ricos sistema de afloramiento Precámbrico marina para explorar el crecimiento de bacterias fotosintéticas

Técnicas de cultivo microbianas in situ del enriquecimiento o en situ pueden facilitar el aislamiento de difícil-a-cultura microbianos taxa, especialmente desde entornos de baja biomasa o geoquímicamente extremas. Aquí, describimos una configuración electroquímica sin utilizar una fuente de energía externa para enriquecer las cepas microbianas que son capaces de transporte de electrones extracelular (EET).

Preparación electroquímica autónomo para enriquecer bacterias respirando de ánodo en el sitio

Aquí presentamos la construcción y operación de una configuración experimental para mejorar la meteorización mineral a través de la actividad de los organismos del suelo mientras se manipulan simultáneamente variables abióticas conocidas por estimular la meteorización. Se discuten los resultados representativos del funcionamiento de la configuración y los análisis de muestras, junto con los puntos de mejora.

Diseño y Construcción de una Instalación Experimental para Mejorar la Meteorización Mineral a través de la Actividad de los Organismos del Suelo

El objetivo de este artículo es detallar las mejores prácticas para la fabricación de medios para microorganismos anaeróbicos exigentes adquiridos de un medio ambiente. Estos métodos ayudan a manejar los cultivos anaeróbicos y se pueden aplicar para apoyar el crecimiento de microorganismos no cultivados elusivos, la "materia oscura microbiana".

Un conjunto de formatos de medios simulados informados in situ para el cultivo de microorganismos anaeróbicos adquiridos en el medio ambiente

Este protocolo proporciona instrucciones detalladas sobre cómo construir, esterilizar, ensamblar, utilizar y reutilizar las columnas de autopistas fúngicas para enriquecer los pares de bacterias y hongos que interactúan a través de las autopistas fúngicas de diversos sustratos ambientales.

Investigación de las interacciones entre bacterias y hongos utilizando columnas de carreteras fúngicas en diversos entornos y sustratos

Este protocolo presenta un sistema microfluídico para estudiar la precipitación microbiana de minerales de óxido de manganeso. La formación de biominerales se mide in situ mediante microscopía óptica y análisis de imágenes. Este enfoque puede adaptarse para investigar la precipitación de otros minerales biogénicos de colores distintivos en ambientes porosos.

Una plataforma microfluídica para investigar la precipitación microbiana de óxidos metálicos en medios porosos

Proporcionamos una técnica para preservar el floema intacto de los árboles y prepararlo para la observación.  Creamos un aparato llamado sándwich de floema que permite la introducción y observación de artrópodos, microbios y otros organismos que habitan en los tejidos del floema.

Técnica para el estudio de los artrópodos y las comunidades microbianas dentro de los tejidos del árbol

Una novela de estado sólido (UAS) reactor anaeróbico de flujo ascendente se utilizó para la producción de biogás a partir de materia prima fibrosa. Lodos de digestión del reactor UAS se carboniza hidrotermal en HTC biochar en un reactor discontinuo a presión. La integración de los dos conceptos de bioenergía se aplicó en este estudio para aumentar la producción global de la bioenergía.

Evaluación de la gestión integrada de Digestión Anaerobia y carbonización hidrotermal para la producción de bioenergía

Aprende a configurar columnas experimentales para estudiar la biogeoquímica anaerobia de arsénico y mercurio en acuíferos. Este método permite analizar la dinámica de elementos traza bajo condiciones reductoras de hierro y sulfato.

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Configuración de columna experimental para el estudio de anaerobias biogeoquímicas interacciones entre bacterias, elementos traza e hidróxidos del hierro (Oxy)

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