Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Environment
Click here for the English version

Environment

מנגנון רב שכבתי אולטרה נקי של איסוף פלנקטון ימית גודל Fractionated וחלקיקים מושעה

Published: April 19, 2018 doi: 10.3791/56811
Automatic Translation
1, 1, 1, 2
1Institute of Oceanography, National Taiwan University, 2Sino Instruments Co., Ltd.

Summary

פלנקטון וחלקיקים מושעה לשחק תפקיד מרכזי המעגלים הביוגיאוכימיים באוקיינוס. כאן, אנו מספקים שיטה אולטרה נקי, נמוך מתח עבור האוסף בגדלים שונים של חלקיקים פלנקטון בים עם יכולת לטפל בכמויות גדולות של מי ים.

Abstract

חלוקות של יסודות קורט רבים באוקיינוס משויכים מאוד הצמיחה, מוות, ואת re-mineralization של פלנקטון ימית ואלו של חלקיקים מושעה/שוקע. כאן, אנו מציגים כל פלסטיק (פוליפרופילן ופוליקרבונט), רב-שכבתית סינון מערכת איסוף חומר על תנאי (SPM) בים. זה מכשיר דגימה אולטרה נקי כבר שעוצבו ופותחו במיוחד ללימודי יסוד קורט. בחירה קפדנית של כל חומרים מתכתיים וסילוק של הליך זרימה דרך בשורה ממזער כל זיהום מתכת אפשרי במהלך הדגימה. מערכת זו בהצלחה שנבדק ונמצא צבט לקביעת במתכות (למשל, Fe, Al, Mn, תקליטור, Cu, Ni) על חלקיקים בגדלים במימי האוקיינוס החוף ופתוח. תוצאות של ים סין הדרומי בתחנה בדרום מזרח אסיה בזמן-סדרות (מושבים) מצביעים על כך וריאציות ההשתנות היומית, התפוצה המרחבית של פלנקטון באזור euphotic יכול להיות בקלות נפתרה מזוהה. ניתוח כימי של fractionated-גודל החלקיקים במים עיליים של מצרי טאיוואן עולה כי החלקיקים גדול (> 153 מיקרומטר) בעיקר ביולוגית נשאבו, ואילו החלקיקים קטנים (10-63 מיקרומטר) היו מורכבים בעיקר מחומר אורגניים. מלבד תקליטור, ריכוזי מתכות (Fe, Al, Mn, Cu, Ni) ירד עם הגדלת גודל.

Introduction

חלקיקים באוקיינוס לשחק תפקיד חשוב הביוגיאוכימיים ימית1. רוב המאפיינים של חלקיקים, כגון גודל, מינרלוגיה, קומפוזיציה, באפשרותך לשנות עמוקות מהגדרת גיאולוגית או hydrographical אחד עוד2. בנוסף, חלוקות של אלמנטים באוקיינוס קשורים גם עם מחזור החיים של פיטופלנקטון ימית: צמיחה, מוות, שוקע ו- re-mineralization3,4. חלקיקים ימיים span לפחות 4 סדרי גודל בגודלם, ועד כחיוניים חלקיקים אגרגטים גדולים (> 5 מ מ). רוב חלקיקי ביולוגית נגזרות, תהליכים כגון פירוק ויראלי, exudation, הפרשה, גלולה צואה ייצור, וכו '. חלקיקים אחרים נוצרות מן קרישה הפיזי של תאים, פסולת הסלולר או חומרים lithogenic1. מאפיינים כימיים וביולוגיים שונים של חלקיקים לשלוט מחזורים גיאוכימיים והן תהליכים ביולוגיים המתרחשים על ובתוך חלקיקים4,5,6. חלקיקים אלה הם בתי גידול חשוב, כמו גם מקורות המזון עבור אורגניזמים מסוימים, כגון זואופלנקטון או saprotrophs. בהתאם לכך, גורלו של חלקיקים לעיתים קרובות קשורה לגודל שלהם, אשר יכול להיות שונה על-ידי תהליכים ביולוגיים סביב חלקיקים.

דגימה חלקיקים ימיים בדרך כלל דורשת סינון, אך גישה זו מציגה של עמימות מסוימת בזיהוי המאפיינים של חלקיקים, כיוון חלקיקים ימיים לא הומוגנית הרכב וגודל. חלקיקים מושעה, מורכב בעיקר חלקיקים קטן ונמוך צפיפות הנמצאים כמעט באופן קבוע ההשעיה, מעורבבים עם כמויות משתנות של חלקיקים גדולים יותר, צפופה ההשעיה רק לתקופה קצרה של זמן, בהתאם לתנאי hydrodynamic 7. דיווחים ראשונים על ההרכב מתכת עקבות של פלנקטון דגימות נאספו tows פלנקטון או השעיית רשתות פלנקטון על כלי מחקר8. המחברים לעתים קרובות למצוא חלקיקי מתכת, שבבי בדגימות, צבע רומז בעיה חמורה של זיהום במהלך חלקיקים ימיים דגימה לניתוח כימי. אחרים מאמצים כוללים נטו גרירה על ידי גומי רפסודות או שימוש על פוליויניל כלוריד (PVC)-יד המנוף3. הקושי של אמינים הדגימה של חלקיקים מקשה התקדמות בהבנתנו ההרכב הכימי של חלקיקים ימיים, במיוחד עבור יסודות קורט. ככזה, הגיע מידע חיוני ביותר על הריכוז של יסודות קורט של פיטופלנקטון תרבות מחקרים9,10. הכרה זו הניעה מדענים ימיים כדי ליצור שיטות חדשות ללימוד חלקיקים בים במשך שלושים השנים האחרונות11.

Oceanographers השתמשו בטכניקות דיגום שונות, כולל סינון בחללית, בחיי עיר סינון, משקעים מלכודות11. העיבוד של כמויות גדולות של מי-ים לאסוף דגימות שאינו נגוע עשויה להיות מאתגרת, במיוחד עבור אוקיינוס הפתוח העמוקים שבו ריכוז החלקיקים נמוכים מאוד (0.001 - 0.1 mg/L). יש גם צורך לסנן כמויות גדולות של מי הים כדי להשיג על כמות נאותה של חלקיקים למדידת ריכוזי מתכות מעקב. יש חוקרים השתמשו בשיטת גודל-fractionation כדי להפריד חלקיקים מושעה חלקיקים שוקעים. עם זאת, גודל החלקיקים, נקבוביות, צפיפות, צורה יכולה כל חלקיק השפעה שוקע המהירויות. משקעים מלכודות אינם כלים מעשיים כדי לאסוף חלקיקי מושעה, שכן אלה מיועדים חלקיקים שוקעים. לכן, חשוב לפתח שיטות דיגום וטיפול יכול לאסוף כמויות מספיקות של חלקיקים מושעה עם זיהום מזערי. לפיכך, גודל-fractionation על-ידי סינון בחיי עיר הוא עדיין מבטיח כלי בארגז דגימה של האוקיינוסים, מאז זה עשוי לחשוף מידע קריטי בדינמיקה של חלקיקים ימיים. כאן, אנו מתארים בהצלחה בדיקות מעקב-מתכת-clean, סינון רב שכבתית הכבידה דגימה המנגנון ניתן לטפל בנפחים גדולים (L 120-240) של מי ים על הסיפון במעבר אחד מ טפלון (PTFE) מצופה דגימה בקבוקי מים מערך דגימה רב בקבוק. מכשיר דגימה זו משתמשת המחומצנים ניילון סינטטי רשתות ברצף, הרשתות מוקפים בתוך גורם מכיל פוליקרבונט לאסוף בעדינות fractionated גודל מושעה ולעדכן פיטופלנקטון12,13, 14,15 (איור 1). מטרת עבודה זו היא לספק כלי טוב יותר ללמוד את השיוכים מתכת-החלקיקים ואת הדינמיקה התגובה שלהם בסביבות ימיות, ולשפר את ההבנה שלנו על גורלם של מגוון רחב של האצה, חלקיקים, במתכות האלו סביבות.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

להלן כללי התנהגות כוללת עבודה עם כימיקלים מזיקים. אנא קרא בעיון את גיליונות נתונים לבטיחות (זמנים תוססים) ופעל להנחיות הבטיחות כימי מוסדיים.

1. רב-שכבתית הכבידה סינון סמפלר הכנה

  1. סמפלר ניקוי
    1. למלא את יחידת אבובים ולסינון 1% (w/v) של האנזים פרוטאז anionic פתרון דטרגנט, להשרות. זה 24 ח' סומק את הדוגם סינון כוח משיכה רב שכבתית עם אוסמוזה הפוכה מים מזוקקים כפול (RO-DDW) ביסודיות ולאחר מכן למלא אותו 0.1% (v/v) חומצת מימן כלורי (HCl, ריאגנט כיתה) ומשרים למשך 72 h.
    2. לשטוף ביסודיות את הדוגם סינון כוח משיכה רב שכבתית עם אוסמוזה הפוכה מים יונים מזוקקים (RO-DD-DIW) כפול שלוש עד חמש פעמים, לפחות 20 ליטר כל הזמן, ולאחסן מכלול בשקיות פלסטיק.
  2. חלקיק מיכל ניקוי/הכנת הדוגמא
    1. השתמש פוליאתילן בצפיפות נמוכה (LDPE, 125 מ ל) או fluorinated אתילן פרופילן (FEP, 125 מ ל) בקבוקי כגורמים מכילים עבור חלקיקים. לנקות את הבקבוקים בהשריה קודם ותחטא אלקליין (מיקרו, 1%), ואז ב 50% (v/v) חומצה חנקתית (עב ס3, ריאגנט כיתה), אז פתרונות HCl 10% (v/v) לפחות 24, 48 ו- 24 שעות, בהתאמה. יש לשטוף את הבקבוקים במים מיוננים (RO-DD-DIW) בין שני השלבים הספיגה.
    2. לאחר HCl הסופי השריה, לשטוף את הבקבוקים ביסודיות עם מים מיוננים (RO-DD-DIW), לייבש את הבקבוקים על ספסל נקי חדר נקי או מחלקה-100.
      לצרף את הבקבוק נקי הדוגם סינון כוח משיכה רב שכבתי, או חותם לנקות בקבוקי PE שקיות רוכסן, שקית כפולה אותם למשלוח.
  3. מכלול של כוח משיכה רב שכבתית סינון סמפלר
    1. לחבר 4 מ 6 elastomer גומי סינתטי אשר בהתקשותו עמידים כימית זמן צינורות (מחוץ בקוטר של ס"מ 0.635) פתחי הכניסה כיוונית שש על גבי הדוגם.
    2. להרכיב את המסננים ניילון רשת שונים שלושה עם מיכלים מדגם פוליאתילן בצפיפות נמוכה (125 מ"ל LDPE) ברצף בחדר נקי (ספסל) לאחר ניקיון (ראה להלן), עם המסנן רשת 10 מיקרומטר הממוקמים מבחוץ, מסנן רשת מיקרומטר 63 ב התיכון, המסנן רשת מיקרומטר 153 מבפנים. הסעות, לאחסן את הדוגם סינון רב שכבתית הכבידה בשתי שכבות של שקיות פוליאתילן (PE), ולאחר מכן למקם אותו בתוך המיכל משלוח פוליפרופילן (PP).

2. דגימה

  1. דוגמה אוסף
    1. עם ההגעה לאתר הדגימה, יש אדם אחד להסיר את הדוגם סינון כוח משיכה רב-שכבתית של מכולה על סיפונה של ספינת המחקר ופתח את השקית עם הדוגם. . אז, יש להם ללבוש את הכפפות PE, להתחבר הצינורות elastomer גומי סינתטי אשר בהתקשותו 4 מ 6 spigots מים בקבוקי 20 שישה מצופים L PTFE הדגימה על המערך דגימה רב בקבוק מוגברות, מדריך ממי הים לתוך יחידת סינון זו. ממי הים יזרום דרך אינלטס כיוונית, חלקיקי/הפלנקטון להיות בעדינות מופרד/fractionated דרך הרשתות ולא להתקבע 125 מ ל בקבוקים LDPE המאובטחות בבסיס של הרשתות.
    2. לאחר ממי הים יש זרמו דרך (בדרך כלל 120 L עבור מי הים לאורך החוף ו 240 L עבור מים באוקיינוס הפתוח), להסיר את כל הרשת ברצף (ראשית, את מיקרומטר 153, את מיקרומטר 63, ואז סוף סוף את 10 מיקרומטר) ב ספסל נקי class 100, ואז לרסס את הרשת עם מעקב-מתכת-clean 0.4 f מיקרומטר מי ים iltered שוטפת כל פלנקטון תקוע על השטח הפנימי של הרשתות. לאסוף את מי-ים עם מרוכז חלקיקי פלנקטון בבקבוקי פוליאתילן 125 מ.
    3. לפרק את הבקבוקים האלה מן הרשתות, ולסנן את הפתרונות עם מרוכז חלקיקי פלנקטון שוב דרך מכשירים המחומצנים סינון ואקום עם מראש שקל, אסיד-ווש 47 מ מ, 10 פילטרים µm גודל הנקבוביות פוליקרבונט תחת נמוך-ואקום תנאים (< 5 kPa).
    4. כדי לאסוף חלקיקי/פלנקטון קטן מ- 10 מיקרומטר, לחכות לפחות 20 L של מי ים לזרום דרך הדוגם, ואז אחרי זה, לאסוף שניים עד חמישה לליטר מים בתוך המיכל 5 L PE, לסנן את המים מדגם האלה על ידי מכשירים המחומצנים סינון ואקום עם נקבובית 0.4-מיקרומטר שנשקל מראש, אסיד-ווש, 47 מ מ, גודל פוליקרבונט מסננים.
    5. לאחר סינון אבק, לשטוף את המסננים מדגם מיד עם טוהר גבוהה DDW מים כדי להסיר את השאריות של מי ים, למזער את ההשפעה של מלחי ים על קביעת המשקלות חלקיקים/פלנקטון יבש. לשמור את אמצעי האחסון השטיפה רק כמה מיליליטר כדי למנוע פגיעה את הפלנקטון שביר.
    6. לאחר מכן, לאחר שלב זה השטיפה, בזהירות להסיר את המסנן מיחידת הסינון ואקום, לאחסן את המסננים מדגם המחומצנים, מראש שנשקל אקריליק פלסטיק צלחות פטרי, לאטום בשקיות פלסטיק לסגירה חוזרת. לשמור את התיקים במקפיא-20 הלעפה תרוטרפמט על הסיפון עד לשוב בחזרה מעבדה יבשתיים לצורך הדוגמה pretreatment ומהירות כימי ניתוח נוסף.

3. מדגם טיפול

  1. להקפיא ייבוש והעיכול של חלקיקים
    1. מקם את המסננים עם דגימות של חלקיקים בבית הבליעה אספן של המכונה להקפיא ייבוש ולאחר להפעיל את המכונה. כאשר הטמפרטורה מכונת מגיע ל-40 ° C, להפעיל את משאבת ואקום של המכונה ולהתחיל ההקפאה ייבוש תהליכים.
      הערה: רמת ואקום צריך להישמר בהתמדה מתחת 0.12 mBar. אנא קרא בעיון את המדריך למשתמש, פעל לפי ההנחיות של היצרן עבור כל שלב.
    2. לאחר 72 h, כבה את המכונה להקפיא ייבוש, הסר את המסננים מיובשים, לשקול אותם. לאחר מכן, למקם את דגימת יבשים מסננים perfluoroalkoxy מראש שנשקל אלקאן (PFA) כלי (קיבולת 60 מ ל), וכן להוסיף 3 מ"ל של חומצה חנקתית מרוכזת הנדסה גנטית לתוך כלי2,3,6,7.
    3. להדק את כלי עם מפתח ברגים מומנט על מומנט קבוע של 2.5 ק ג-מ', ולמקם את כלי בתנור שגרתי ב 130 מעלות צלזיוס במשך 12 שעות עבור הסדרה הראשונה של מערכת העיכול. לאחר קירור, להסיר את כלי מהתנור, לפתוח את כלי הדם, ולהוסיף 2 מ ל חומצה הידרופלואורית הנדסה גנטית לתוך6,73,2,כלי.
    4. להדק את כלי עם מומנט של 2.5 ק ג-מ', ולמקם את כלי בתנור שגרתי ב 130 מעלות צלזיוס במשך 12 שעות, המהווה רצף עיכול השני. לאחר קירור, פתח את כלי והוסף 16 מ"ל של 4.5% חומצה בורית אולטרה טהור פתרון לתוך6,73,2,כלי.
    5. להדק את כלי הקיבול מומנט קבוע של 2.5 ק ג-מ', לעכל את הדגימות בתנור ב 130 מעלות צלזיוס במשך 12 שעות את הרצף הסופי לעיכול. לאחר קירור, שוקלים כל כלי, לקבוע את המסה הסופית ואת המסה ספציפיים של כל פתרון מתעכל להניב אמצעי digestant הסופי.
      הערה: מסה ספציפית נקבעת על ידי מדידת המשקל של בדיוק 1.00 מ של digestant.
    6. שופכים בזהירות את digestant לתוך 30 מ ל חומצה נקי בקבוק PE לניתוח מתכת מעקב נוסף.
  2. ניתוח מעקב מתכת
    1. לקבוע מעקב מתכת ריכוזי (Cd, Cu, Fe, Mn, ני ו באל) בפתרונות מתעכל חלקיקים באמצעות ספקטרומטר (GF-AAS)6בליעה אטומית תנור גרפיט.
    2. כמו בדיקת דיוק, שימוש בחומר עיון מוסמך (CRM), כגון משקעים ימיים חומר עזר מקנדה נבחרת מחקר המועצה של משקעים estuarine בחומר עיון רגיל מן המכון הלאומי לתקנים וטכנולוגיה של בארה ב, פלנקטון בחומר עיון משירות המדע והידע של הנציבות האירופית. התהליך נותן השחזור 95 107% של הערך מוסמך במתכות הניתנים ה-CRM.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

עם הפיתוח לאוקיאנוגרפיה המודרנית, זה עכשיו מקובל להשתמש "טכניקות נקי" כדי לקבל מעקב מדויק מתכת ריכוזי חלקיקים ימיים או הפלנקטון. מאז רוב חלקיקי המים הטבעיים ב- mg/L נמוך לטווח µg/L, הטיפול של כמויות גדולות של מי ים הוא צורך לחקור את ההשפעות גיאוכימיים והביולוגיה במתכות על חלקיקים שונים בסביבות אמביינט. עם השימוש של כוח המשיכה נקי, רב שכבתית סינון ("CATNET") הדגימה טכניקות (איור 1), נמצאה הסכם טוב בין ריכוזי חלקיקים באמצעות סינון קונבנציונאלי מבוי סתום בלחץ ואלה שנאספו על ידי CATNET, באמצעות ערכת נתונים של מי הים לאורך החוף, לטעום מן החוף המערבי את טייוואן (איור 2). יותר מ- 90% חלקיקים כאלו היו קטנים (0.4 - 10 מיקרומטר). כאשר מי ים לעומת הסביבה הבלתי מסוננת, כדי CATNET סינון מי ים (< 10 מיקרומטר), באמצעות פרוטוקול זה מיוצר ריקים נמוך מאוד ולא שום זיהום מורגש (טבלה 1). עבור חלקיקים שנאספו בעומק של כלורופיל-a המרבי בים סין הדרומי בין 3/26/2002 3/28/2002, רוב החלקיקים (> 80%) התגורר קטן יותר (0.4 - 10 מיקרומטר) חלקיקים. חלקיקים גדולים יותר, כלומר, זואופלנקטון (> מיקרומטר 153), הראו בבירור דפוסי ההגירה אנכי ההשתנות היומית, בעוד ריכוזי חלקיקים קטנים יותר נותרה כמעט ללא שינוי (איור 3). זואופלנקטון בשידור חי שנצפתה הבקבוקים דגימה הצביעו על העדינות של תהליך סינון10. המים העיליים של מצרי טאיוואן, אנליטית וכימיה רטובה וטכניקות דגימה המתוארים כאן משמשים כדי למדוד חלקיקים ימיים הפצות ויצירות. ההיסטוגרמה של ריכוז מתכת הממוצעת של החלקיקים על תנאי (µg/g) בין השברים בגודל שונה אסף מגוונים באופן דרמטי, הנמשכים מעל חמישה סדרי גודל. ריכוז מגוונים באופן משמעותי בקבוצות גודל חלקיקים שונים: 0.4 - 10 מיקרומטר, 10-63 מיקרומטר, 63-153 מיקרומטר, ו > 153 מיקרומטר. באופן כללי, רוב החלקיקים היו מועשרים Fe ו באל, הריכוזים פחתה עם הגדלת גודל, חוץ תקליטור, אשר גדלה עם הגדלת גודל, ככל הנראה כתוצאה של ביו-ריכוז תהליך3,10, 14 (איור 4).

Figure 1
איור 1: כוח משיכה רב שכבתי נקי במיוחד דוגמת סינון לאיסוף גודל fractionated פלנקטון ימית והחזיקה חלקיקים (CATNET). זה סמפלר אוסף של חלקיקים הוא עשוי פוליקרבונט וחומרים פוליפרופילן, והוא מצויד, ברצף, עם 153 מיקרומטר, מיקרומטר 63 ו- 10 מיקרומטר ניילון לשינוי רשתות. דגימות מים נמשכים מבקבוקי 20 ליטר מצופה PTFE דגימה שש על המערך דגימה רב בקבוק מוגברות, המחובר לקצה תזרים מנגנון סינון fractionated גודל באמצעות צינורות המחומצנים elastomer תרמופלסטיים. זו מערכת סינון יעיל מונע זיהום אפשרי תוך איסוף הדגימות על הסיפון, חלקיקים מופרדים בעדינות בגדלים שונים ברצף באמצעות הרשתות, שוקע לתוך הבקבוקים LDPE בחלק התחתון של כל רשת. "CATNET" כונה על ידי אחד ממחברי גברת לי וון-Huei עבור קיצור קצר של "של ד ר החתול נקי אולטרה רב שכבתית אוסף נטו", כך משתמשים יכול היה להבחין השיטה המנגנון ולסינון ביחס הממציא/המעצב, ד ר ליאנג-המסור וון "חתול". מכשיר זה היה פטנט עד 9 במאיth, 201512. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 2
איור 2: השוואה של החומרים על תנאי (TSM) שנאספו מהמים החוף על ידי שתי שיטות סינון עצמאי. דגימות מים לאורך החוף בעומק של 5 מטרים נאספו על הסיפון-II המחקר האוקיינוס R/V באפריל 2007 (ניתוח 2-1432, 2007/4/21-4/23). תחנות דיגום (), (b) תיאור סכמטי של הליך הדגימה, (ג) חלקיקים בגודל שונה ריכוזים של כל מדגם נקבע בשיטה CATNET אתרי (d) השוואה בין החלקיקים הריכוז נקבע על ידי שיטת סינון קונבנציונאלי (TSM), שיטת CATNET (TTSM). קווי השגיאה הן סטיות תקן של דגימות המשוכפלת כפי שהוא נמדד TSM. הסכם טוב מאוד נמצאה בין ריכוזי חלקיקים מושעה נקבע באמצעות שתי השיטות עצמאיים נפרדים aliquots של הדגימות באותו. היו אתרי הדגימה 22, ואת שני מדגמים עבור כל אתר היו נאספים ומסונן ישירות על-ידי הסינון ללא מוצא נפוץ, מווסת המכשיר7,11,16 (הכולל חומרים על תנאי, "TSM", חלקיק משקל גדול יותר 0.4 מיקרומטר), ואת דגימה נוספת נאסף ע י CATNET ואחריו סינון ואקום בלחץ נמוך (הסכום הכולל של חומרים על תנאי, "TTSM", סכום המשקלות 0.4 - 10, 10-63, 63-153, ו > חלקיקים מיקרומטר 153; עשיתי רק. פעם אחת בשל זמן הפעולה). טווח ריכוז גדול מרמז כי הטכניקות מתאימים ללימודי חלקיקים סביבות נפרדות שבהם ריכוזי הראה הבדלים משמעותיים. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Analytes שדה מים כפול-יונים ריקים מי ים אמביינט (< 0.4 ממוצעמ') CATNET פילטרט של מי ים (< 10 ממוצעמ')
חנקיתי (מיקרומטר) n.d. 0.23 0.22
חנקתי (מיקרומטר) n.d. 1.4 1.45
אמוניום (מיקרומטר) n.d. 0.081 0.088
פוספט (מיקרומטר) n.d. 0.16 0.15
סיליקט (מיקרומטר) n.d. 4.01 4.05
דוק (מיקרומטר) n.d. 83 81
Cu (אן אם) 0.08 0.91 0.85
Fe (אן אם) 0.005 0.34 0.35
Ni (אן אם) 0.01 2.45 2.35

טבלה 1: ריכוזים מתכת התזונתי, מעקב הליך ווטרס ריק, טמפרטורת מי הים ו CATNET מסוננים ווטרס. איור של ריכוזים מתכת התזונתי, מעקב שדה 3 ריקים (מים טוהר גבוהה כאל דגימות בשטח), טמפרטורת המים (115˚34'E, 18˚15 ' N; 80 מטר עומק) לפני ואחרי סינון CATNET, מעידות על האפקטיביות של פרוטוקול המתואר. לא היו ראיות על ריכוז מוגבר עקב השפעות הלחץ כליאה (לא טבעי הפרשה בגלל התנגשות, חשיפה אור לא טבעי, הלם חום, ערבוב נמרץ, קרע תא, וכו ') או זיהום (במתכות ב שוטף, איסוף בקבוקים, איסוף ציוד, אביזרי, חוטים, סגרים פלסטיק, וכו '). שדה נמוך ריקים גם הושגו. לא לזיהוי: n.d.

Figure 3
איור 3: וריאציות הטמפורלי של קרינה פלואורסצנטית כלורופיל (א) אזור euphotic, וכן חלקיקים בגודל שונה (ב) שנאספו בעומק של מקסימום כלורופיל-. דגימות נאספו על הסיפון-המחקר האוקיינוס R/V. אני בחודש מרץ 2002 (OR1-639, 2002/3/21-3/30)13. קווים מקווקווים עם משולשים ב () מצביעים על הזמן לאחזור נתונים הידרוגרפיים מושפלות CTD; המשולשים מוצק מציינות זמן הדגימה חלקיקים בעומק של כלורופיל המרבי עבור פריסות CATNET. בעוד כמה ריכוזי חלקיקים קטנים יותר, נשאר כמעט ללא שינוי, זואופלנקטון (> 153 מיקרומטר) הראו בבירור דפוסי ההגירה אנכי לילית. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 4
איור 4: השוואה של ריכוז מתכת הממוצע ב- יבשים מושעה חלקיקים (µg/g) בין גדלים שונים. () דגימות נאספו על הסיפון-II מחקר R/V האוקיינוס במהלך קיץ 2007 (ניתוח 2-1444, 2007/5/31-6/6). (b) ממוצע מתכת ריכוזי עם סטיות תקן יבשים מושעה חלקיקים (µg/g) עבור כל הדגימות 35 בין הגדלים השונים. בסך הכל, קומפוזיציות מעקב-מטאל מגוונים באופן דרמטי, הנמשכים מעל חמישה סדרי גודל. הריכוזים מתכת מעקב מגוונים באופן משמעותי גם בהחלקיקים בגודל שונה שנאספו (0.4 - 10, 10-63, 63-153, ו > 153 מיקרומטר) במים עיליים של מצרי טאיוואן; באופן כללי, הריכוזים פחתה עם הגדלת גודל, חוץ ישיש אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

קבלת מעקב אמין ריכוזים מתכת על פלנקטון וחלקיקים מושעה במים טבעיים, אשר נמצאים בדרך כלל בריכוזים נמוכים מאוד, דורש זהירות רבה במהלך איסוף הדגימה, עיבוד, בשוטף ובשיפוץ, ניתוח, במטרה הפחתת זיהום. לכן, ההליכים כדי לעצב ולהכין ציוד דגימה, דוגמת מכולות וחומרים המשמש לאיסוף, הם דוגמאות תהליך קריטי כל צעדים לקראת קבלת נתונים באיכות גבוהה במתכות בסביבה ימית. עם התקדמות של שיטות איסוף חלקיקים חדשים בעשורים האחרונים, הידע שלנו על הדינמיקה של חלקיקים, כמו גם יסוד קורט דילדול היא גם מרחיבה. בנייר זה, לנו יש מאויר בטכניקה fractionating-גודל רציף ניתן ללמוד על הפצה והרכבה של פלנקטון ימית/חלקיקים. ב- seawaters חקרנו, מעקב-מטאל יצירות מגוונות באופן דרמטי בחלקיקים עם מקורות, וגדלים שונים הנמשכים מעל חמישה סדרי גודל. באופן כללי, רוב חלקיקים קטנים (0.4 - 10 מיקרומטר) היו מועשר במתכות כגון Fe ו- Al, וירידה ריכוזי עם הגדלת גודל3,10,14. לעומת סינון ללא מוצא המקובלת, התוצאות של ריכוזי חלקיקים סה ב- seawaters החוף עולה כי באמצעות פרוטוקול מחולקת לרמות הניבו הסכם טוב.

הפרוטוקול המתואר כאן ניתן להחיל בקלות לאוסף בסוגים שונים של סביבות ימיות, ווטרס estuarine, לאורך החוף, אגמים או האוקיינוסים הפתוחים. יכול להיות מותאם נפח דגימה אם נדרשות כמויות פחות או יותר של חלקיקים. במים עכורים מאוד, כדאי הדגימות ייאספו עדיין נקיה, זהירות רבה לנקוט כדי להסיר את כל החלקיקים שיורית והקפדה ניילון נטו לפני עיבוד דגימת מים הבא. השלבים ניקוי, preconditioning, ואת המודעות של "טכניקות מעקב-מטאל דגימה נקייה" הם קריטיים עבור איזון המוני משביע רצון ותוצאות באופן עקבי. עבודה זו ממחישה כי הקביעה של הפצה מתכת מעקב בפלנקטון הימית וחלקיקים תנאי מחייב "טכניקות נקי" הכוללים דגימה והפרדה, המכשיר הזה ועיבוד קשורים נותן תוצאות משופרות.

הטווח של נפח גדול מי ים שעבורם ישימה פרוטוקול זה מרמז כי חקירות של חלקיקים הפצות והתנהגות יכול להתבצע גם ביעילות בסביבות ימיות שונות. אוסף של חלקיקים בדגימות דיסקרטית ואחריו אפיון כימי יש עדיין מגבלות יכולות, אשר פוטנציאל להטיה לתוך הפירושים בשל חשבון שעשוי להיות לא שלם של השדה של חלקיקים. עם זאת, על ידי השוואת התוצאות של שיטות שונות של אוסף של חלקיקים, אפשר עוד יותר להרחיב את הטווח של חלקיקים/פלנקטון מחקר על-ידי מתן פרטים התגובות והתהליכים המסדירים בגדלים שונים של חלקיקים, קביעת שלהם דינמיקה biogeochemical המתאימים. המחקר המתמשך על חלקיקים/פלנקטון לשפוך אור על תפקידיהם באוקיינוס.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

המחבר שותף, מר אלן צ'ואנג היא שותף הפטנטים בבעלות המנהל הכללי של החברה (סין כלים ושות', בע מ) אשר מיוצר והתותח אוסף עבור משתמשים שמעוניינים בכך. הפטנט הסתיימה בחודש מאי 9th, 201512.

Acknowledgments

המחברים תודה גברת Pi-Fen לין, מר ווי-לונג תראו את זה, גברת פיי-Hsuan לין, ד ר Jia-לו צ'ואן לסיוע שלהם בתקופת הדגימה שדה, ניתוח מעבדה עבור פיתוח מעשי, יישום של "CATNET". הסיוע של טכנאי על סיפון ספינת המחקר האוקיינוס מחקר והצוות -I ו- Ocean מחקר-II במהלך משלחות דגימה תרומה חשובה. עבודה זו נתמכה חלקית על ידי משרד המדע טייוואן ומענקים הטכנולוגיה של 91-2611-M-002-007,-009 95-2611-M-002, 96-2611-M-002-004, 97-3114-M-002-006, 104-2611-M-002-019. כתב יד זה נכתב לזכרו של גברת וון-Huei לי עבור שלה עצום מסירות ותרומה מחקרים ימיים בטייוואן.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
thermoplastic elastomer (C-Flex) Tubings Cole Palmer EW-06424-67 O.D. 0.635 cm, Opaque White 1/8"ID x 1/4"OD, 25 ft/pack
LDPE Bottle (Nalgene) ThermoFisher Scientific 2103-0004 125 mL, Nalgene Wide-Mouth LDPE Bottles with Closure
anionic protease enzyme detergent detergent (Tergazyme) Alconox 1104-1 1×4 lb box (1.8 kg)
Hydrochloric Acid Sigma-Aldrich 258148 Reagent grade
Nitric acid Sigma-Aldrich 695025 Reagent grade
alkaline detergnet (Micro) Cole Palmer EW-99999-14 Micro-90 Cleaning Solution
polycarbonate filter, 47 mm, 0.4 µm Sigma-Aldrich WHA111107 Whatman Nuclepore Track-Etched Membranes, diam. 47 mm, pore size 0.4 μm, polycarbonate
polycarbonate filter, 47 mm, 10 µm Sigma-Aldrich WHA111115 Whatman Nuclepore Track-Etched Membranes, diam. 47 mm, pore size 10 μm, polycarbonate
PFA vessel, 60 ml capacity Savillex 300-060-03 60 mL Digestion Vessel, Flat Interior, Flat Exterior, Buttress Threaded Top
Nitric acid, ultrapure Seastar Chemicals N/A BASELINE Nitric Acid
HF, ultrapure Seastar Chemicals N/A BASELINE Hydrofluoric Acid
Boric acid, ultrapure Seastar Chemicals N/A BASELINE Hydrobromic Acid
polyethylene (PE) gloves Safty Zone GDPL-MD-5 Clear Powder Free Polyethylene Gloves
Multiple layer filtering and collecting device Sino Instrumnets Co. Ltd not available Multiple layer filtering and collecting device, CATNET
10 um Nylon filters, Nitex Dynamic Aqua-Supply Ltd. NTX 10 Nitex - Standard Widths (40 - 44 inches)
60 um Nylon filters, Nitex Dynamic Aqua-Supply Ltd. NTX 60 Nitex - Standard Widths (40 - 44 inches)
150 um Nylon filters, Nitex Dynamic Aqua-Supply Ltd. NTX 150 Nitex - Standard Widths (40 - 44 inches)
torque wrench Halfords 200238 Halfords Professional Torque Wrench 8-60Nm
multi-bottle sampling array, Rosette General Oceanics Model 1018 Rosette Sampler
PTFE-coated sampling bottles, GO-Flo General Oceanics 108020T GO-Flo water sampler teflon coated
Marine sediment reference materials National Research Council Canada MESS-3
Estuarine sediment standard reference material National Institute of Standards and Technology 1646a
Plankton reference material The European Commission's science and knowledge service CRM414

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Jeandel, C., et al. What did we learn about ocean particle dynamics in the GEOSECS-JGOFS era. Progr. Oceanogr. 133, 6-16 (2015).
  2. Lam, P., et al. Methods for analyzing the concentration and speciation of major and trace elements in marine particles. Progr. Oceanogr. 133, 32-42 (2015).
  3. Collier, R., Edmond, J. The trace element geochemistry of marine biogenic particulate matter. Progr. Oceanogr. 13, 113-199 (1984).
  4. Donat, J. R., Bruland, K. W. Trace elements in the oceans. Trace Elements in Natural Waters. Steinnes, E., Salbu, B. , CRC Press. Boca Raton, FL. 247-280 (1995).
  5. Wen, L. -S., Santschi, P., Tang, D. Interaction between radioactively labeled colloids and natural particles: evidence for colloidal pumping. Geochim. Cosmochim. Ac. 61, 2867-2878 (1997).
  6. Wen, L. -S., Warnken, K., Santschi, P. The role of organic carbon, iron, and aluminium oxyhydroxides as trace metal carriers: Comparison between the Trinity River and the Trinity River Estuary (Galveston Bay, Texas). Mar. Chem. 112, 20-37 (2008).
  7. Hurd, D., Spencer, D. Marine particles: analysis and characterization. American Geophysical Union. , (1991).
  8. Martin, J. H., Knauer, G. A. The elemental composition of plankton. Geochim. Cosmochim. Ac. 37, 1639-1653 (1973).
  9. Morel, F., Price, N. M. The biogeochemical cycles of trace metals in the oceans. Science. 300, 944-947 (2003).
  10. Ho, T. -Y., et al. The elemental composition of some marine phytoplankton. J. Phycol. 39, 1145-1159 (2003).
  11. McDonnell, A., et al. The oceanographic toolbox for the collection of sinking and suspended marine particles. Prog. Oceanogr. 133, 17-31 (2015).
  12. Wen, L. -S., Li, W. -H., Zhuang, G. -Z. Multiple layer filtering and collecting device. , Taiwan Patent No. M275880 (2005).
  13. Ho, T. -Y., Wen, L. -S., You, C. -F., Lee, D. -C. The trace-metal composition of size fractionated plankton in the South China Sea: biotic versus abiotic sources. Limnol. Oceanogr. 52, 1776-1788 (2007).
  14. Hsu, R., Liu, J. In-situ estimations of the density and porosity of flocs of varying sizes in a submarine canyon. Mar. Geol. 276, 105-109 (2010).
  15. Liao, W. -H., Yang, S. -C., Ho, T. -Y. Trace metal composition of size-fractionated plankton in the Western Philippine Sea: the impact of anthropogenic aerosol deposition. Limnol Oceanogr. , (2017).
  16. Grasshoff, K., Kremling, K., Ehrhardt, M. Methods of seawater analysis. , Wiley-VCH. (2007).

Tags

מדעי הסביבה סוגיה 134 אולטרה נקיים חלקיקים פלנקטון סינון פלנקטון נטו דוגמה אוסף
מנגנון רב שכבתי אולטרה נקי של איסוף פלנקטון ימית גודל Fractionated וחלקיקים מושעה
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Wen, L. S., Lee, C. P., Lee, W. H.,… More

Wen, L. S., Lee, C. P., Lee, W. H., Chuang, A. An Ultra-clean Multilayer Apparatus for Collecting Size Fractionated Marine Plankton and Suspended Particles. J. Vis. Exp. (134), e56811, doi:10.3791/56811 (2018).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter