Name: Niskokosztowa metoda pomiaru produktywności pierwotnej in situ zbiorowisk peryfitonowych wód lentycznych (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2022-12-16T13:05:00.000+00:00
Duration: 6 min 2 s
Description: Poznaj niskokosztową metodę pomiaru produktywności pierwotnej peryfitonu in situ w wodach lentycznych. To nieinwazyjne podejście umożliwia równoczesne badania w różnych lokalizacjach przy użyciu kajaka pneumatycznego.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

To badanie było wspierane przez Czeską Fundację Naukową (GACR 19-05791S), RVO 67985939, oraz przez CAS w ramach programu Strategii AV 21, Ochrona i odbudowa gruntów. Wielkie podziękowania dla Ondřeja Sihelský'ego za wykonanie zdjęć w terenie - bez niego kręcenie filmu byłoby kompletnym piekłem. Realizacja projektu nie byłaby możliwa bez ścisłej współpracy z firmami Palivový Kombinát Ústí s.p. oraz Sokolovská Uhelná, które zapewniły dostęp do badanych miejscowości.

<ol><li>Blachart, J. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Potential+consequences+of+climate+change+for+primary+production+and+fish+production+in+large+marine+ecosystems%5BTitle%5D)+AND+%22Philosophical+Transactions+of+the+Royal+Society+B%3A+Biological+Sciences%22%5BJournal%5D)">Potential consequences of climate change for primary production and fish production in large marine ecosystems.</a> Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences. 367 (1605), 2979-2989 (2012).</li>
<li>Howarth, R. W., Michaels, A. F. The Measurement of primary production in aquatic ecosystems. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aHowarth%2C+RW+%22Methods+in+Ecosystem+Science%22">Methods in Ecosystem Science</a>. Sala, O. E., Jackson, R. B., Mooney, H. A., Howarth, R. W. , Springer. New York, NY. 72-85 (2000).</li>
<li>Vadenbecouer, Y. E. G., Peterson, M. J., Vander, Z., Kalff, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Benthic+algal+production+across+lake+size+gradients%3A+Interactions+among+morphometry%2C+nutrients%2C+and+light%5BTitle%5D)+AND+%22Ecology%22%5BJournal%5D)">Benthic algal production across lake size gradients: Interactions among morphometry, nutrients, and light.</a> Ecology. 89 (9), 2542-2552 (2008).</li>
<li>Reimer, A., Landmann, G., Kempe, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Lake+Van%2C+eastern+Anatolia%2C+hydrochemistry+and+history%5BTitle%5D)+AND+%22Aquatic+Geochemistry%22%5BJournal%5D)">Lake Van, eastern Anatolia, hydrochemistry and history.</a> Aquatic Geochemistry. 15 (1), 195-222 (2009).</li>
<li>Cantonati, M., Lowe, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Lake+benthic+algae%3A+toward+an+understanding+of+their+ecology%5BTitle%5D)+AND+%22Freshwater+Sciences%22%5BJournal%5D)">Lake benthic algae: toward an understanding of their ecology.</a> Freshwater Sciences. 33 (2), 475-486 (2014).</li>
<li>Gaarder, T., Gran, H. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Investigation+of+the+production+of+plankton+in+the+Oslo+Fjord.+Rapports+et+Proces-verbaux+des+R%C3%A9unions%5BTitle%5D)+AND+%22Conseil+International+pour+l%27%C3%89xploration+de+la+Mer%22%5BJournal%5D)">Investigation of the production of plankton in the Oslo Fjord. Rapports et Proces-verbaux des Réunions.</a> Conseil International pour l'Éxploration de la Mer. 42, 1-48 (1927).</li>
<li>Hall, R. O., Thomas, S., Gaiser, E. E. Measuring Freshwater Primary Productivity and Respiration. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aHall%2C+RO+%22Principles+and+Standards+for+Measuring+Primary+Productivity%22">Principles and Standards for Measuring Primary Productivity</a>. Fahey, T. J., Knapp, A. K. , Oxford Academic. New York. The Long-Term Ecological Research Network Series (2007).</li>
<li>Howart, R., Michaels, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Chapter+6+The+Measurement+of+Primary+Production+in+Aquatic+Ecosystems%5BTitle%5D)+AND+%22Springer+Science+and+Business+Media+LLC%22%5BJournal%5D)">Chapter 6 The Measurement of Primary Production in Aquatic Ecosystems.</a> Springer Science and Business Media LLC. , (2000).</li>
<li>Kopáček, J., Hejzlar, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Semi-micro+determination+of+total+phosphorus+in+soils%2C+sediments%2C+and+organic+materials%3A+a+simplified+perchloric+acid+digestion+procedure%5BTitle%5D)+AND+%22Communications+in+Soil+Science+and+Plant+Analysis%22%5BJournal%5D)">Semi-micro determination of total phosphorus in soils, sediments, and organic materials: a simplified perchloric acid digestion procedure.</a> Communications in Soil Science and Plant Analysis. 26 (11-12), 1935-1946 (1995).</li>
<li>Benson, B. B., Krause, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+concentration+and+isotopic+fractionation+of+oxygen+dissolved+in+freshwater+and+seawater+in+equilibrium+with+the+atmosphere1%5BTitle%5D)+AND+%22Limnology+and+Oceanography%22%5BJournal%5D)">The concentration and isotopic fractionation of oxygen dissolved in freshwater and seawater in equilibrium with the atmosphere1.</a> Limnology and Oceanography. 29 (3), 620-632 (1984).</li>
<li>Dodds, W. K., Biggs, B. J., Lowe, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photosynthesis-irradiance+patterns+in+benthic+microalgae%3A+variations+as+a+function+of+assemblage+thickness+and+community+structure%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Phycology%22%5BJournal%5D)">Photosynthesis-irradiance patterns in benthic microalgae: variations as a function of assemblage thickness and community structure.</a> Journal of Phycology. 35 (1), 42-53 (1999).</li>
<li>Bott, T. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+evaluation+of+techniques+for+measuring+periphyton+metabolism+in+chambers%5BTitle%5D)+AND+%22Canadian+Journal+of+Fisheries+and+Aquatic+Sciences%22%5BJournal%5D)">An evaluation of techniques for measuring periphyton metabolism in chambers.</a> Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences. 54 (3), 715-725 (1997).</li>
<li>Blankenship, R. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Structural+and+functional+dynamics+of+photosynthetic+antenna+complexes%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences%22%5BJournal%5D)">Structural and functional dynamics of photosynthetic antenna complexes.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 112 (45), 13751-13752 (2015).</li>
<li>Hawes, I., Schwartz, A. -M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photosynthesis+in+an+extreme+shade+environment%2C+benthic+microbial+mats+from+Lake+Hoare%2C+a+permanently+ice-covered+Antarctic+lake%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Phycology%22%5BJournal%5D)">Photosynthesis in an extreme shade environment, benthic microbial mats from Lake Hoare, a permanently ice-covered Antarctic lake.</a> Journal of Phycology. 35 (3), 448-459 (1999).</li>
<li>Aristegui, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Planktonic+primary+production+and+microbial+respiration+measured+by+14C+assimilation+and+dissolved+oxygen+changes+in+coastal+waters+of+the+Antarctic+peninsula+during+austral+summer%3A+Implications+for+carbon+flux+studies%5BTitle%5D)+AND+%22Marine+Ecology-Progress+Series%22%5BJournal%5D)">Planktonic primary production and microbial respiration measured by 14C assimilation and dissolved oxygen changes in coastal waters of the Antarctic peninsula during austral summer: Implications for carbon flux studies.</a> Marine Ecology-Progress Series. 132, 191-201 (1996).</li>
<li>Steemann-Nielsen, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+use+of+radioactive+carbon+%2814C%29+for+measuring+organic+production+in+the+sea%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Experimental+Marine+Biology+and+Ecology%22%5BJournal%5D)">The use of radioactive carbon (14C) for measuring organic production in the sea.</a> Journal of Experimental Marine Biology and Ecology. 18 (2), 117-140 (1952).</li>
<li>Sanz-Martín, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Relationship+between+carbon-and+oxygen-based+primary+productivity+in+the+Arctic+Ocean%2C+svalbard+archipelago%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Marine+Science%22%5BJournal%5D)">Relationship between carbon-and oxygen-based primary productivity in the Arctic Ocean, svalbard archipelago.</a> Frontiers in Marine Science. 6, 468(2019).</li>
<li>Nielsen, E. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measurement+of+the+production+of+organic+matter+in+the+sea+by+means+of+carbon-14%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Measurement of the production of organic matter in the sea by means of carbon-14.</a> Nature. 167 (4252), 684-685 (1951).</li>
<li>Jönsson, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+14C-incubation+technique+for+measuring+microphytobenthic+primary+productivity+in+intact+sediment+cores%5BTitle%5D)+AND+%22Limnology+and+Oceanography%22%5BJournal%5D)">A 14C-incubation technique for measuring microphytobenthic primary productivity in intact sediment cores.</a> Limnology and Oceanography. 36 (7), 1485-1492 (1991).</li>
<li>Bender, M. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+comparison+of+four+methods+for+determining+planktonic+community+production%5BTitle%5D)+AND+%22Limnology+and+Oceanography%22%5BJournal%5D)">A comparison of four methods for determining planktonic community production.</a> Limnology and Oceanography. 32 (5), 1085-1098 (1987).</li>
<li>Šimek, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spatio-temporal+patterns+of+bacterioplankton+productivity+and+community+composition+related+to+phytoplankton+composition+and+protistan+bacterivory+in+a+dam+reservoir%5BTitle%5D)+AND+%22Aquatic+Microbial+Ecology%22%5BJournal%5D)">Spatio-temporal patterns of bacterioplankton productivity and community composition related to phytoplankton composition and protistan bacterivory in a dam reservoir.</a> Aquatic Microbial Ecology. 51 (3), 249-262 (2008).</li>
</ol>

Autorzy potwierdzają, że nie mają do ujawnienia żadnego konfliktu interesów.

Metodologia opisana w niniejszej pracy opiera się na zasadzie techniki tlenu w jasnej i ciemnej butli w połączeniu z nieinwazyjną techniką pomiaru stężeniaO2 za pomocą optycznych czujników tlenu. System ten umożliwia równoległy pomiar różnych ustawień inkubacji, ponieważ światłowód do pomiaruO2 można szybko przenosić z butelki na butelkę. Zbiorowiska bentosowe z różnych głębokości mogą różnić się składem taksonomicznym i produktywnością; Jednoczesny pomiar ich w sposób równoległy może zaoszczędzić c...

Pierwotna produktywność to jedyny wstęp autochtonicznego węgla do systemów wodnych, które tworzą cały system sieć pokarmowa1. W związku z tym dokładne oszacowanie produktywności pierwotnej jest niezbędnym krokiem w kierunku zrozumienia funkcjonowania ekosystemów wodnych. Strefy przybrzeżne to obszary o wysokiej produktywności pierwotnej i różnorodności biologicznej. Zakłada się, że oprócz fitoplanktonu, peryfiton (zwany dalej matami mikrobiologicznymi) i makroglony znacząco przyczyniają się do pierwotnej produktywności w strefach przybrzeżnych2. Ze względu na ich siedzący tryb życia i znaczną niejednorodność przestrzenną, kwantyfikacja produktywności pierwotnej nie jest trywialna. 
Pierwotna produktywność zależy głównie od intensywności światła, temperatury, dostępności składników odżywczych i rozmieszczenia form jonowych systemu węglanowego w odpowiednich głębokościach stref eufotycznych3,4. Głębokość ma wyraźny wpływ na rozkład przestrzenny mat mikrobiologicznych. Zbiorowiska mikroorganizmów muszą radzić sobie z niekorzystnymi skutkami wysokiego napromieniowania i wyraźnymi sezonowymi wahaniami temperatury na płytkich głębokościach oraz przy mniejszym natężeniu światła na większych głębokościach. Oprócz gradientu głębokości, dynamiczne interakcje troficzne generują wiele i złożonych wzorców przestrzennych w różnych skalach5. Ten złożony system jest skomplikowany do zasymulowania w laboratorium. Najdokładniejszym sposobem wnioskowania o aktywności metabolicznej poszczególnych producentów pierwotnych ze stref przybrzeżnych jest przeprowadzenie eksperymentów in situ. 
Metodologia przedstawiona w tym artykule opiera się na tradycyjnej metodzie komorowej2,6,7, wraz z transportową i łatwą do zbudowania tanią pływającą barką. Pozwala to na pomiar produktywności pierwotnej na różnych głębokościach w naturalnym spektrum światła, temperaturze i różnym rozkładzie form jonowych systemu węglanowego wraz z głębokością. Metoda opiera się na zasadzie tlenu w butli jasnej i ciemnej, która została po raz pierwszy zastosowana do pomiaru fotosyntezy fitoplanktonu6 i jest nadal powszechnie stosowana6,7. Porównuje tempo zmian tlenu w butelkach trzymanych w świetle (które obejmuje wpływ pierwotnej produktywności i oddychania) z tymi przechowywanymi w ciemności (tylko oddychanie)8. Metoda wykorzystuje wydzielanie tlenu (fotosyntezę) jako wskaźnik zastępczy dla produktywności pierwotnej. Mierzonymi zmiennymi są produktywność netto ekosystemu (NEP, jako zmiana stężeniaO2 w czasie w warunkach świetlnych) oraz oddychanie ekosystemu (RE, jako zmiana stężeniaO2 w czasie w ciemności). Produktywność brutto ekosystemu (GEP) to obliczenie różnicy między tymi dwoma wskaźnikami (tabela 1). Termin "ekosystem" jest tutaj używany do oznaczenia, że peryfiton składa się z organizmów autotroficznych i heterotroficznych. Najbardziej znaczącym ulepszeniem tej tradycyjnej metody komorowej jest zastosowanie nieinwazyjnych czujników optycznych tlenu i optymalizacja tej przede wszystkim planktonowej metody pomiaru peryfitycznej produktywności pierwotnej.
Technika jest opisana w przykładzie pomiaru mat mikrobiologicznych w strefie litoralnej nowo powstałych jezior pogórniczych w Czechach - Milada, Most i Medar. Aktywność metaboliczną mat mikrobiologicznych określa się za pomocą bezpośredniego pomiaru in situ strumieniO2 wykonywanego bezpośrednio na określonych głębokościach, na których badane zbiorowiska występują naturalnie. Aktywność heterotroficzna i fototroficzna mierzona jest w zamkniętych szklanych butelkach wyposażonych w nieinwazyjne optyczne czujniki tlenu. Czujniki te wykrywają ciśnienie parcjalne tlenu za pomocą fluorescencji barwników wrażliwych na światło. Butelki z matami mikrobiologicznymi są zawieszane i inkubowane na urządzeniu pływającym na odpowiednich głębokościach. Stężenie tlenu w butelkach było stale mierzone w ciągu dnia z małej łodzi. 
Próbki nienaruszonych mat mikrobiologicznych są zbierane i umieszczane w gazoszczelnych butelkach inkubacyjnych na wyznaczonych głębokościach przez płetwonurków. Każda butelka jest wyposażona w nieinwazyjny optyczny mikroczujnik tlenu, który monitoruje wydajność/zużycieO2 w czasie. Wszystkie pomiary są wykonywane w pięciu powtórzonych parach ciemnych/jasnych na każdej głębokości. Temperatura i intensywność promieniowania fotosyntetycznie aktywnego (PHAR) są mierzone na odpowiednich głębokościach przez cały czas inkubacji. Po 6 godzinach inkubacji in situ (godziny dzienne) maty mikrobiologiczne są zbierane z butelek i suszone. Strumienie O2 są znormalizowane do biomasy mikrobiologicznej. Jako kontrola, strumienie są korygowane pod kątem zmian stężenia O2 w oddzielnych jasnych i ciemnych gazoszczelnych butelkach (ślepe kontrole) zawierających wodę z jeziora bez biomasy maty mikrobiologicznej. Poniżej znajduje się szczegółowa instrukcja budowy pływającej barki i wykonania całego eksperymentu krok po kroku. W pracy przedstawiono również reprezentatywne wyniki pomiarów mat mikrobiologicznych na dwóch głębokościach (1 m i 2 m), z pięcioma powtórzeniami na każdej głębokości. Rzeczywista temperatura i natężenie światła były mierzone podczas całego eksperymentu za pomocą rejestratorów danych.

<table><tbody><tr><td>Kątownik aluminiowy L profil 40 x 40 mm x 3 mm, długość 2.000 mm</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Płaskownik aluminiowy 40 x 3 x 350 mm</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Wiadro 15 L z wypełnieniem&nbsp;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Karabińczyk z blokadą śrubową Taśma elektryczna 50 x 5 mm</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Polistyren ekstrudowany (XPS) materiał 500 x 200 x 150 mm</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Fibox 3 Ścieżka LCD</td><td>PreSens Precision Sensing GmbH</td><td></td><td>samodzielny światłowodowy miernik tlenu Przenośny sygnalizator</td></tr><tr><td>akustyczny Hondex PS-7</td><td>Hondex&nbsp; - Honda Elektronika</td><td></td><td>do pomiaru odległości przez wodę - do pomiaru głębokości dna; https://www.honda-el.net/industry/ps-7e</td></tr><tr><td>KORKEN - szklany słoik szczelnie zamykany 0,5 L</td><td>Butelki inkubacyjne</td> <td>IKEA</td><td></td>; https://www.ikea.com/cz/en/p/korken-jar-with-lid-clear-glass-70213545/</tr> <tr><td>hak metalowy&nbsp;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Czujnik tlenu Spot SP-PSt3-NAU-D5</td><td>Nieinwazyjny optyczny czujnik tlenu</td><td>PreSens Precision Sensing GmbH</td><td></td> do pomiarów w rzeczywistych warunkach</tr><tr><td>Kajak niemowlęcy SCOUT</td><td>GUMOTEX</td><td></td><td>https://www.gumotexboats.com/en/scout-standard#0000-044667-021-13/11C</td></tr><tr><td>Śruba 10 x 170 mm z nakrętkami</td><td></td><td></td><td></td>sześciokątnymi</tr><tr><td>Śruba 4 x 15 mm z sześciokątnym nakrętki</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Śruba 4 x 15 mm z nakrętkami motylkowymi</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Karabińczyki 50 x 5 mm</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Stalowy karabińczyk 50 x 5 mm</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Łańcuch stalowy o średnicy drutu 3 mm, ogniwo wewnętrzne 5,5 x 26 mm</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Łańcuch stalowy, szczoteczka</td> do zębów 5 m <td></td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>pęseta</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Podkładka 10 x 50 mm</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Podkładka 4 x 10 mm</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Podkładka 4 x 10 mm</td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

niskokosztowa metoda pomiaru produktywności pierwotnej in situ zbiorowisk peryfitonowych wód lentycznych

A Low-Cost Method of Measuring the In Situ Primary Productivity of Periphyton Communities of Lentic Waters

Pomiar pierwotnej produktywności peryfitonu in situ podczas gradientu sezonu wegetacyjnego może wyjaśnić ilościowy wpływ czynników środowiskowych (głównie stężenie fosforu i natężenie światła) oraz składu gatunkowego na produktywność pierwotną. Produktywność pierwotna zależy głównie od natężenia światła, temperatury, dostępności składników odżywczych i rozmieszczenia form jonowych systemu węglanowego na odpowiednich głębokościach strefy eufotowej. Jest to złożony system, który jest bardzo trudny do zasymulowania w laboratorium. Ta tania, przenośna i łatwa w budowie barka pływająca umożliwia dokładny pomiar pierwotnej produktywności bezpośrednio w rzeczywistych warunkach naturalnych. Metodologia opiera się na pomiarze pierwotnej produktywności w czasie rzeczywistym za pomocą nieinwazyjnych czujników tlenu zintegrowanych w szczelnie zamkniętych szklanych słoikach, umożliwiając monitorowanie strumienia tlenu online i dostarczając nowych informacji na temat aktywności metabolicznej. Szczegółowe sezonowe pomiary in situ produktywności pierwotnej brutto mat mikrobiologicznych (lub innych organizmów bentosowych) mogą poszerzyć obecną wiedzę na temat procesów kontrolujących dynamikę produktywności pierwotnej w wodach lentowych.

<img alt="Metoda jasnych i ciemnych butelek, NEP i RE; wykresy czasu względem O2; wykres porównawczy NEP, RE, GEP." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64078/64078fig05.jpg" data-altupdatedat="1788282455000" data-alt="Rycina 5"> 
Rycina 5: Produktywność netto i brutto ekosystemu mat mikrobiologicznych w ciągu dnia. (A) Butelka jasna – produktywność netto ekosystemu: dane z przebiegu czasowego netto produktywności tlenowej mat ...

Przedstawiona tutaj jest opłacalna i przenośna metoda/urządzenie do pomiaru pierwotnej produktywności mat mikrobiologicznych w rzeczywistej temperaturze otoczenia in situ i warunkach świetlnych. Układ eksperymentalny opiera się na powszechnie dostępnych materiałach i może być stosowany w różnych warunkach, oferując jednocześnie zalety modeli laboratoryjnych.

Niskokosztowa metoda pomiaru produktywności pierwotnej in situ zbiorowisk peryfitonowych wód lentycznych

Measuring the in situ primary productivity of periphyton during the growing season gradient can elucidate the quantitative effect of environmental drivers ...

Szczegółowe pomiary in situ produktywności brutto peryfitonu lub dowolnego mikroorganizmu wodnego w odpowiednim miejscu mogą poszerzyć obecną wiedzę na temat procesów kontrolujących dynamikę produktywności pierwotnej w wodach lentowych. Główne ulepszenia w proponowanych metodach to nieinwazyjność, opłacalność oraz możliwość jednoczesnych pomiarów w różnych lokalizacjach. Umożliwia również gromadzenie dużych zasobów danych bez dodatkowych kosztów.Zastępując barkę podczas przeprowadzania eksperymentów, użyj nadmuchiwanego kajaka, ponieważ jest on łatwy w transporcie. Wybierz miejsce o idealnej głębokości do zakotwiczenia pływaka. Następnie przymocuj zmontowaną barkę za rufą łodzi i ostrożnie opuść kotwicę wzdłuż burty łodzi.Wyrównaj kotwicę, zawieszając ją nieco poniżej powierzchni wody, tak aby pływak można było łatwo holować z kotwicą w miejsce o wymaganej głębokości. Po dotarciu na miejsce należy odwiązać kotwicę od łodzi i opuścić ją na dno, a następnie przymocować barkę do łańcucha kotwicznego oraz łańcuchów do mocowania butelek inkubacyjnych do barki. Aby przygotować butelki do inkubacji, przymocuj plamki optycznego czujnika tlenu do wewnętrznej ścianki przezroczystych butli o pojemności 0,5 litra z szeroką szyjką z gazoszczelnymi uszczelkami, a następnie wykonaj nieprzezroczystą warstwę dla ciemnych butelek do leczenia, owijając je czarną taśmą izolacyjną.Wytnij mały otwór w miejscu umieszczonego czujnika optycznego i upewnij się, że wycięty otwór jest nieco mniejszy niż średnica czujnika, aby zapobiec przedostawaniu się światła do butelki. Umieść butelki inkubacyjne w przenośnym pudełku i zanurkuj z pudełkiem na odpowiednią głębokość, nie naruszając osadu w otaczającej wodzie. Następnie, za pomocą długiej pęsety, ostrożnie wlej próbki do butelek inkubacyjnych, uważając, aby nie naruszyć zbytnio biomasy próbki.Jeśli maty mikrobiologiczne rosną na twardej powierzchni, takiej jak mały kamień, ostrożnie przenieś cały kamień z nienaruszoną biomasą do butelki. Napełnij jedną parę jasnych i ciemnych butelek czystą wodą z odpowiednich głębokości bez żadnych osadów, które posłużą jako ślepe kontrole. Po upewnieniu się, że woda we wszystkich butelkach inkubacyjnych jest czysta i nie zawiera niepokojącego osadu, przynieś zamknięte butelki na łódź zakotwiczoną przy pływającej barce.Przymocuj pierwsze dwie pary butelek do inkubacji do karabińczyków na pierwszym łańcuchu, a następnie zmierz początkowe stężenie tlenu w każdej butelce za pomocą światłowodu tlenomierza. Podłącz optyczny glukometru do czujnika tlenu zamontowanego wewnątrz butelki i w ciągu kilku sekund odczytaj stężenie tlenu w glukometrze i zapisz zmierzoną wartość. Natychmiast po pomiarze ostrożnie opuść łańcuch z dołączonymi butelkami z powrotem do wody, upewniając się, że butelki inkubacyjne są umieszczone na tej samej głębokości, z której pobrano próbkę umieszczonej w nich biomasy.Po godzinie ponownie zmierz stężenie tlenu, ostrożnie wciągając każdy łańcuch z butelkami do łodzi. Odczyt wartości tlenu został zademonstrowany wcześniej i ponowne zanurzenie próbek do wody. Po wykonaniu wszystkich pomiarów wyjmij próbki z butelek do inkubacji i wyszoruj matę mikrobiologiczną wyhodowaną na powierzchni twardej substancji, takiej jak kamień, szczoteczką do zębów lub małym nożem, a następnie przenieś zawartość do plastikowych kolb.Wzrost stężenia tlenu w czasie jest widoczny zarówno w butelkach kontrolnych, jak i w butelkach na próbki wystawionych na działanie światła, co wskazuje na produktywność ekosystemu netto. Niemniej jednak nachylenie wzrostu jest znacznie większe w butelkach z próbkami maty mikrobiologicznej. Zmiana stężenia tlenu w czasie w ciemnych butelkach jest sumą oddychania autotroficznego i heterotroficznego.W tym przypadku nachylenie stężenia tlenu w butli kontrolnej nie różni się znacząco od zera. Odejmując tempo oddychania od produktywności ekosystemu netto, otrzymujemy wskaźniki produktywności ekosystemu brutto, a dane są dobrze zgodne z definicją. Praktyczne zastosowanie tej metody osiągnięto na polach trzech jezior pokopalnianych, które pokazują dużą produktywność ekosystemową zbiorowiska peryfitycznego w okresie wegetacji.Podczas procesu pobierania próbek biomasy pod wodą ważne jest, aby upewnić się, że żadne pęcherzyki powietrza nie pozostaną uwięzione w butelkach inkubacyjnych po ich zamknięciu po dodaniu próbek. Za pomocą tej procedury możliwe jest ilościowe określenie wymiany tlenu między jednolitą częścią wód a dowolnym organizmem lub zbiorowiskiem organizmów o odpowiedniej wielkości. Metoda ta pozwala na badanie całorocznej produktywności pierwotnej wybranego organizmu in situ poprzez maksymalne utrwalenie warunków naturalnych, dając w ten sposób lepsze wyobrażenie o jego względnym znaczeniu dla metabolizmu węgla w całym życiu.

a-low-cost-method-measuring-situ-primary-productivity-periphyton

Research

JoVE Journal

Environment

Środowisko

Przedstawiono metodę ekstrakcji metabolitów z planktonicznych społeczności drobnoustrojów. Pobieranie próbek całej społeczności realizowane jest poprzez filtrację na specjalnie przygotowanych filtrach. Po liofilizacji ekstrahowane są metabolity rozpuszczalne w wodzie. Podejście to umożliwia zastosowanie metabolomiki środowiskowej w badaniach trans-omicznych naturalnych lub eksperymentalnych społeczności drobnoustrojów.

Koncentracja metabolitów z planktonicznych zbiorowisk o niskiej gęstości do metabolomiki środowiskowej z wykorzystaniem spektroskopii magnetycznego rezonansu jądrowego

Opisujemy stosunkowo szybką (30 min) i realistyczną metodę jednoczesnego pomiaru przewodności hydraulicznej liścia (Kleaf) oraz przewodności szparkowej (gs) dla transpirujących liści odciętych. Metodę tę można zmodyfikować w celu pomiaru odpowiedzi Kleaf oraz gs na światło i odwodnienie.

Pomiar przewodności hydraulicznej liści oraz przewodności szparkowej i ich odpowiedzi na natężenie promieniowania oraz odwodnienie z wykorzystaniem metody strumienia ewaporacyjnego (EFM)

Prezentujemy metody oceny, jak ryzyko drapieżnictwa może zmienić jakość chemiczną ofiar roślinożerców, wywołując zmiany w diecie, aby sprostać wymaganiom zwiększonego stresu, oraz jak rozkład zwłok tych zestresowanych roślinożerców spowalnia późniejszy rozkład ściółki roślinnej przez mikroby glebowe.

Powiązanie ryzyka drapieżnictwa, stresu fizjologicznego roślinożerców i mikrobiologicznego rozkładu ściółki roślinnej

Odnawianie powierzchni to metoda mikrometeorologiczna, która jest coraz częściej używana do określania strumieni energii, ale jej techniczna złożoność czyni ją niedostępną dla szerokiego grona odbiorców. Opisujemy kroki niezbędne do skonfigurowania i skalibrowania stacji terenowej do odnawiania powierzchni, do pozyskiwania i przetwarzania danych oraz do prawidłowej interpretacji wyników.

Odnawianie powierzchni: zaawansowana metoda mikrometeorologiczna do pomiaru i przetwarzania danych o gęstości strumienia energii w skali pola

Aby zmierzyć potencjalne tempo aktywności enzymów zewnątrzkomórkowych w glebie, do próbek gleby dodaje się syntetyczne substraty, które są związane z barwnikiem fluorescencyjnym.  Aktywność enzymu mierzy się, gdy barwnik fluorescencyjny jest uwalniany z substratu w reakcji katalizowanej enzymatem, gdzie wyższa fluorescencja wskazuje na większą degradację substratu.

Wysokoprzepustowy pomiar fluorometryczny potencjalnej aktywności enzymów zewnątrzkomórkowych w glebie

Lizymetria terenowa i pobieranie próbek wody porowej pozwalają badaczom ocenić los substancji chemicznych stosowanych w glebach i ustalonej roślinności. Celem tego protokołu jest zademonstrowanie, w jaki sposób zainstalować wymagane oprzyrządowanie i pobrać próbki do analizy chemicznej podczas zintegrowanych eksperymentów z lizymetrią polową i pobieraniem próbek wody porowej.

Zintegrowana lizymetria polowa i pobieranie próbek wody porowej w celu oceny mobilności chemicznej w glebach i zastanej roślinności

Celem tej procedury jest wykazanie powtarzalności i zdolności adaptacyjnych stosowania formatu płytki do mikroglonów do badań przesiewowych. Ten szybki ekran łączy fluorometrię WATER-Pulse-Amplitude-Modulated (WATER-PAM) w celu pomiaru wydajności fotosyntezy jako wskaźnika zdrowia Photosystem II (PSII) z kokulturami bakterii i glonów o małej objętości.

Test biologiczny o małej objętości do oceny wspólnej hodowli bakterii i fitoplanktonu przy użyciu fluorometrii z modulacją amplitudy WATER-Pulse-Amplitude (WATER-PAM)

Wprowadzamy VacuSIP, prostą, nieinwazyjną i niezawodną metodę czystego i dokładnego punktowego pobierania próbek wody. System został opracowany i oceniony pod kątem jednoczesnego zbierania wody wdychanej i wydychanej przez dozowniki zawiesiny bentosowej in situ, w celu czystego pomiaru usuwania i wydalania cząstek stałych i rozpuszczonych związków.

VacuSIP, ulepszona metoda InEx do pomiaru in situ cząstek stałych i rozpuszczonych związków przetwarzanych przez aktywne podajniki zawiesiny

Przedstawiamy prostą i opłacalną metodę budowy rejestratora danych o otwartym kodzie źródłowym, który mierzy kondukcję nienaczyniowych kryptogamów wraz z temperaturą i wilgotnością otoczenia. Opisujemy konstrukcję sprzętową rejestratora danych i udostępniamy instrukcje montażu krok po kroku, listę wymaganego oprogramowania do rejestrowania typu open source, kod do uruchomienia rejestratora danych oraz protokół kalibracji.

BtM, tani rejestrator danych typu open source do szacowania zawartości wody w nienaczyniowych kryptogamach

Strumienie węgla w kriosferze są jeszcze prawie nie oszacowane, ale są kluczowe dla zmian klimatycznych. Prezentujemy nowatorskie prototypowe urządzenie, które rejestruje potencjał fototroficzny w środowiskach nadraglacyjnych w oparciu o technologię emisji fluorescencji indukowanej laserem (L.I.F.E.), oferując dane o wysokiej rozdzielczości spektralnej i przestrzennej w warunkach in situ.

Emisja fluorescencji indukowanej laserem (L.I.F.E.) jako nowatorskie nieinwazyjne narzędzie do pomiarów in situ biomarkerów w siedliskach kriosfery

Szybki fluorometr powtarzalności (FRRf) jest korzystną metodą pomiaru fotofizjologii II fotosystemu i produktywności pierwotnej. W tym miejscu opisujemy protokół pomiaru fotofizjologii PSII alg epizoicznych, Colacium sp. na zooplanktonie substratowym za pomocą FRRf typu kuwetowego.

Pomiar fotofizjologii dołączonego stadium Colacium sp. za pomocą fluorometru kuwetowego o dużej częstotliwości powtarzania

Poznaj niskokosztową metodę pomiaru produktywności pierwotnej peryfitonu in situ w wodach lentycznych. To nieinwazyjne podejście umożliwia równoczesne badania w różnych lokalizacjach przy użyciu kajaka pneumatycznego.

Niskokosztowa metoda pomiaru produktywności pierwotnej in situ zbiorowisk peryfitonowych wód lentycznych

Przeglądaj więcej filmów