Vùng nhiệt đới phía Đông Bắc Thái Bình Dương (ETNP) là một vùng thiếu oxy tối thiểu (OMZ) rộng lớn, tồn tại lâu dài và ngày càng gia tăng, chiếm gần một nửa tổng diện tích các OMZ toàn cầu. Trong lõi OMZ (độ sâu khoảng 350–700 m), nồng độ oxy hòa tan thường ở mức gần hoặc dưới giới hạn phát hiện của các cảm biến hiện đại (khoảng 10 nM). Độ dốc oxy lớn phía trên và phía dưới lõi OMZ dẫn đến sự phân bố theo chiều dọc của các quần xã vi sinh vật, đồng thời cũng khác nhau giữa các phân đoạn kích thước liên kết với hạt (PA) và sống tự do (FL). Ở đây, chúng tôi sử dụng phương pháp giải trình tự khuếch đại 16S (iTags) để phân tích sự đa dạng và phân bố của quần thể vi khuẩn giữa các phân đoạn kích thước FL và PA và trong phạm vi các điều kiện oxy hóa khử môi trường xung quanh. Điều kiện thủy văn tại khu vực nghiên cứu của chúng tôi khác biệt so với những điều kiện đã được báo cáo trước đây ở ETNP và các OMZ khác, chẳng hạn như ETSP. Nồng độ oxy vết (khoảng 0,35 μM) hiện diện khắp lõi OMZ tại vị trí lấy mẫu của chúng tôi. Do đó, hiện tượng tích tụ nitrit thường được báo cáo ở lõi OMZ đã không xuất hiện, cũng như các trình tự gen của vi khuẩn anammox (chi Brocadiales)Ứng viênScalindua), thường được tìm thấy ở ranh giới giữa vùng hiếu khí và vùng kỵ khí trong các hệ thống khác. Tuy nhiên, sự phân bố của vi khuẩn oxy hóa amoniac (AOB) và vi khuẩn cổ (AOA) và tốc độ đồng hóa carbon tự dưỡng tối đa (1,4 μM C d)-1) trùng khớp với mức nồng độ amoni tối đa rõ rệt gần đỉnh lõi OMZ. Ngoài ra, các thành viên của chiNitrospinaSự hiện diện của một nhóm vi khuẩn oxy hóa nitrit (NOB) chiếm ưu thế cho thấy cả quá trình oxy hóa amoni và nitrit đều xảy ra ở nồng độ oxy vết. Phân tích kiểm định độ tương đồng (ANOSIM) và phương pháp định vị chiều không tham số (nMDS) cho thấy sự phân bố phát sinh loài của vi khuẩn và vi sinh vật cổ khác biệt đáng kể giữa các phân đoạn kích thước. Dựa trên ANOSIM và hồ sơ iTag, thành phần của quần thể PA ít bị ảnh hưởng bởi chế độ sinh hóa phụ thuộc vào độ sâu hơn so với phân đoạn FL. Dựa trên sự hiện diện của AOA, NOB và oxy vết trong lõi OMZ, chúng tôi cho rằng quá trình nitrat hóa là một quá trình tích cực trong chu trình nitơ của vùng OMZ thuộc Vườn quốc gia Đông Phi (ETNP).
Giới thiệu
Trước những biến đổi khí hậu đang diễn ra và các hoạt động của con người tại một số khu vực, nồng độ oxy hòa tan đang giảm ở đại dương mở và các hệ thống biển ven bờ (Breitburg và cộng sự, 2018Lượng oxy thất thoát ước tính từ đại dương mở trong 60 năm qua vượt quá 2% (Schmidtko và cộng sự, 2017), gây ra lo ngại về hậu quả của việc mở rộng vùng thiếu oxy (Paulmier và Ruiz-Pino, 2009Các vùng thiếu oxy (OMZ) ở đại dương mở hình thành khi sản xuất sơ cấp ở bề mặt cao thúc đẩy nhu cầu oxy sinh học ở tầng nước dưới bề mặt vượt quá tốc độ thông khí vật lý ở độ sâu. Nồng độ oxy trong cột nước OMZ có thể có độ dốc lớn (oxycline) phía trên và phía dưới lõi thiếu oxy, tạo ra các lớp thiếu oxy (thường từ 2 đến ~90 μM), bán thiếu oxy (<2 μM) và không có oxy (dưới ngưỡng phát hiện (~10 nM)) với kích thước khác nhau.Bertagnolli và Stewart, 2018Sự chênh lệch nồng độ oxy dẫn đến sự phân bố theo chiều dọc của quần thể động vật đa bào và vi sinh vật cũng như các quá trình sinh hóa dọc theo các vùng chuyển tiếp oxy rộng lớn này.Belmar và cộng sự, 2011).
Một số tỷ lệ mất nitơ cao nhất đã được ghi nhận ở các vùng thiếu oxy (OMZ) thuộc khu vực Đông Bắc Thái Bình Dương nhiệt đới (ETNP) và Nam Thái Bình Dương (ETSP) (Callbeck và cộng sự, 2017;Penn và cộng sự, 2019), lưu vực Cariaco phân tầng vĩnh viễn (Montes và cộng sự, 2013), Biển Ả Rập (Ward và cộng sự, 2009), và vùng thiếu oxy (OMZ) của hệ thống nước trồi Benguela (Kuypers và cộng sự, 2005Trong các hệ thống này, các quá trình vi sinh vật như khử nitrat điển hình (khử nitrat dị dưỡng thành các chất trung gian chứa nitơ và thường là khí nitơ) và anammox (oxy hóa amoni kỵ khí) dẫn đến mất nitơ, có khả năng hạn chế sản xuất sơ cấp.Ward và cộng sự, 2007Hơn nữa, lượng khí nitơ oxit thải ra từ đại dương (một loại khí nhà kính mạnh) do quá trình khử nitrat của vi sinh vật xảy ra trong các vùng thiếu oxy được ước tính chiếm ít nhất một phần ba tổng lượng khí nitơ oxit thải ra tự nhiên toàn cầu.Naqvi và cộng sự, 2010).
Vùng thiếu oxy ETNP là một vùng thiếu oxy tối thiểu rộng lớn, tồn tại lâu dài và đang gia tăng, chiếm gần một nửa tổng diện tích các vùng thiếu oxy toàn cầu, nằm giữa vĩ độ 0–25°N và kinh độ 75 đến 180°W (Paulmier và Ruiz-Pino, 2009;Schmidtko và cộng sự, 2017). Do tầm quan trọng về mặt sinh thái, sinh hóa học và sự đa dạng vi sinh vật của các vùng thiếu oxy ETNP khác nhau đã được nghiên cứu chuyên sâu (ví dụ,Beman và Carolan, 2013;Duret và cộng sự, 2015;Ganesh và cộng sự, 2015;Chronopoulou và cộng sự, 2017;Pack và cộng sự, 2015;Peng và cộng sự, 2015Các nghiên cứu trước đây báo cáo rằng lượng oxy hòa tan trong lõi vùng thiếu oxy này (độ sâu khoảng 250–750 m) thường ở mức gần hoặc dưới giới hạn phát hiện của máy phân tích (khoảng 10 nM) (Tiano và cộng sự, 2014;Garcia-Robledo và cộng sự, 2017Tuy nhiên, dọc theo rìa phía bắc của vùng thiếu oxy (OMZ) thuộc Vườn quốc gia Đông Thái Bình Dương (vị trí nghiên cứu khoảng 22°N), nồng độ oxy ở độ cao 500 m có thể đạt mức trung bình hàng năm từ 10 đến 20 μM (Paulmier và Ruiz-Pino, 2009(Dữ liệu từ World Ocean Atlas 2013)1Trong chiến dịch thực địa được báo cáo ở đây, chúng tôi đã đo được nồng độ oxy trong lõi vùng thiếu oxy (OMZ) ở mức đủ (0,35 μM) để hỗ trợ các quá trình vi sinh hiếu khí, chẳng hạn như quá trình oxy hóa amoni và nitrit, và ức chế một phần các quá trình vi sinh kỵ khí quan trọng. Các quá trình vi sinh hiếu khí đã được phát hiện trước đây trong các lớp dường như thiếu oxy hoặc không có oxy của vùng thiếu oxy ETNP (Peng và cộng sự, 2015;Garcia-Robledo và cộng sự, 2017;Penn và cộng sự, 2019Tuy nhiên, các yếu tố kiểm soát sự phân bố và hoạt động của các nhóm chức năng cụ thể của vi sinh vật trong vùng thiếu oxy vẫn chưa được hiểu đầy đủ.
Sự hiện diện của vi sinh vật nitrat hóa ở những nơi không phát hiện thấy oxy trong vùng thiếu oxy (OMZ) có thể được giải thích bằng sự dịch chuyển gần đây về vị trí thẳng đứng của tầng oxy do sự thông khí oxy thẳng đứng theo từng đợt, điều này có thể dẫn đến nồng độ oxy vết tạm thời trong lõi của vùng thiếu oxy (OMZ).Muller-Karger và cộng sự, 2001;Ulloa và cộng sự, 2012;Garcia-Robledo và cộng sự, 2017). Các điều kiện tạm thời như vậy có thể được các quần thể hiếu khí hoặc vi hiếu khí, bao gồm cả vi khuẩn nitrat hóa, khai thác. Hơn nữa, các hạt lắng xuống từ tầng mặt (các tế bào kết tụ, phân và các vật liệu hữu cơ phức tạp) có thể chứa một lượng nhỏ oxy (Ganesh và cộng sự, 2014Do đó, oxy và vi sinh vật hiếu khí có thể được vận chuyển đến các vùng nước vốn thiếu oxy, tạm thời cho phép quá trình trao đổi chất hiếu khí diễn ra khi tiếp xúc với các hạt. Các hạt này được biết đến là những điểm nóng của chu trình sinh hóa vi sinh vật.Simon và cộng sự, 2002;Ganesh và cộng sự, 2014và có thể hỗ trợ các quá trình vi sinh vật kỵ khí hoặc hiếu khí trái ngược nhau mà không quan sát thấy ở trạng thái sống tự do (Alldredge và Cohen, 1987;Wright và cộng sự, 2012;Suter và cộng sự, 2018).
Trong nghiên cứu này, chúng tôi điều tra các quần xã sinh vật nhân sơ sinh sống ở rìa phía bắc của vùng thiếu oxy (OMZ) thuộc Vườn quốc gia Đông Etna (ETNP) và các yếu tố môi trường có khả năng ảnh hưởng đến sự phân bố theo chiều dọc của chúng bằng cách sử dụng phương pháp giải trình tự khuếch đại 16S (iTags) kết hợp với thống kê đa biến. Chúng tôi đã kiểm tra hai phân đoạn kích thước; phân đoạn sống tự do (0,2–2,7 μm) và phân đoạn liên kết với hạt (>2,7 μm, bao gồm cả hạt và tế bào nguyên sinh) ở nhiều độ sâu dọc theo tầng oxy hóa khử tương ứng với các điều kiện oxy hóa khử khác nhau.
Chúng tôi cung cấp các cảm biến oxy hòa tan với nhiều thông số khác nhau, cho phép theo dõi nồng độ phân tử theo thời gian thực. Mời quý khách liên hệ để được tư vấn.
https://www.alibaba.com/product-detail/Wifi-4G-Gprs-RS485-4-20mA_1600559098578.html?spm=a2747.product_manager.0.0.169671d29scvEu
https://www.alibaba.com/product-detail/Maintenance-Free-Fluorescence-Optical-Water-Dissolved_1600257132247.html?spm=a2747.product_manager.0.0.169671d29scvEu
Thời gian đăng bài: 05/07/2024