Name: measurement of the potential rates of dissimilatory nitrate reduction to ammonium based on 14nh4+/15nh4+ analyses via sequential conversion to n2o
Uploaded: 2020-10-07T12:30:00
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데이터 수집 및 프로토콜 개발을 도와주신 다나카 나오토에게 감사드립니다. 샘플 컬렉션은 JSPS KAKENHI 그랜트 넘버 17K15286에 의해 지원되었다.

1. 기체 NH3를 정량적으로 포획하기 위한 PTFE 봉투 준비
<ol><li>알루미늄 호일의 작은 시트 (약 300mm x 450mm 크기, 에탄올로 닦아)의 작은 시트에 폴리테 트라플루오로틸렌 (PTFE) 테이프 (폭 25mm)의 60mm 조각을 놓습니다.</li>
	<li>머플 로에서 450°C에서 유리 섬유 필터(직경 2.7 μm의 직경 10mm)를 450°C로 재처리합니다. 테이프의 긴 축의 중간점 위에 유리 섬유 필터를 조금 놓습니다(도<strong class="xfig"...

DNRA 분석을 위한 NH44+의 농도 및 동위원소 비율은 여러 가지 방법을 사용하여 정량화되었다. NH4+의 농도 및 동위원소 비율은 일반적으로 별도로 측정됩니다. NH4++ 농도는 전형적으로 자동분석기4,10,,15,,,16,,17을포함하는 색법 ?...

질소 비료의 인공 합성 및 광범위한 응용 프로그램은 크게 글로벌 질소 주기를 혼란. 산업 이전1회이후 지상파에서 연안 시스템으로의 반응성 질소 전송이 두 배로 증가한 것으로 추정된다. 주어진 필드에 적용 된 비료의 상당 부분은 주로 NO3- 2로,강이나 지하수에 토양에서 멀리 세척된다. 이것은 식수 오염, 부영양화 및 저산소증의 형성과 같은 환경 문제를 일으키는 원인이 될 수 있습니다. NO3- 물 환경에서 생물학적 동화 및 다양한 미생물 경화 과정을 통해 생태계에서 제거되거나 유지됩니다. 탈질 및 anammox는 NO3에대한 주요 미생물 제거 과정으로 알려져있습니다 -. 탈옥은 NO3의미생물 감소-기체 N 제품 (NO, N2O 및 N2)유기 물질과 같은 전자 기증자의 산화와 결합하여 위에서 언급 한 문제의 위험을 감소시킵니다. Anammox는 또한 NO2에서N2를 생산하고- NH4+; 따라서 생태계에서 무기 N을 제거합니다. 반대로 DNRA는 생태계에서 N을 유지하기 위해 노력합니다. DNRA는 주로 발효 박테리아 또는 chemolithototrophic 박테리아에 의해 수행 되며 그들은 dissimilatory NO3을감소 허용- 생체 이용 및 덜 모바일 NH4+.
DNRA에 대한 연구는 주로 해양 또는 에스투아린 퇴적물과 물, 소금 또는 진부한 습지 토양 및 맹그로브 토양과 같은 해양 또는 에스투아린 생태계에서 수행되었습니다. 해안 또는 해양 생태계는 NO,,3- 지상 생태계에서,제거하기위한 저수지로서 중요하며, 이전 연구에서 DNRA는 NO3,- 제거 (0-99%),3,,4,,5,6,6,7,9,10,11,,912,,13,,14,15,,16, 16,,17,18을매우 넓은 범위에 걸쳐 기여하는 것으로 나타났습니다. 또한,민물환경(19),논토양20, 산림토양(21)등 다양한 환경에서 DNRA의 존재가 입증되고 있다.21 이러한 연구는 DNRA가 잠재적으로 NO3에대한 탈결에 필적하는 것으로 나타났습니다동안 - 제거, DNRA 활동을 측정하는 연구는 여전히 매우 제한되는 그 측정 탈질에 비해.
DNRA 속도는 분석 또는 수치 모델을 통한 데이터 분석과 함께 15개의N 라벨링 기술을 사용하여 평가되었습니다. DNRA 속도를 계산하는 하나의 분석 용액은 15NO3-를 추가 한 후 NH4+ 풀의 15N 농축의 증가를 기반으로 - 트레이서로. 15 N-labeled NO3- 샘플에 첨가되고 배양되고, DNRA 속도는 NH4+의 농도 및 동위원소 비율 변화로부터 일정 기간 전후로 계산될 수 있다. 본 논문에서, DNRA 속도를 계산하는 데 필요한 NH4++ 농도 및 동위원소 비율을 정량화하는 방법이 자세히 설명된다. 기본적으로, 여기에 보고된 방법은 이전에 보고된 여러 기술의조합으로, 22,,23,,24,,25,,26은 일부 절차에 추가된 수정을 한다. 이 방법은 5개의 분대 절차의 시리즈로 구성됩니다: (1) 안정된 동위원소 추적기의 개정과 환경 샘플의 인큐베이션, 153− NO3−, (2) 수정과 함께 "확산 절차"를 사용하여4NH4+ 의 추출 및4회수, (3) NH 4 15+ 15 + 15 + 15 + 15 + 15 + 15 + 15 + 15 + 15 + 154+ 15 + 15 + 15 + 15 + 15 + 15 + 15 + 15 + 15 + 15 + 15 + 15 + 15 + 15 + 15 + 15 + 15 + DNR의− 성분 절차로 구성됩니다. NO3- 및 15NO3-(4) NO 3- 15및 15NO+ 33- 수정 된 탈질법을 통해 N2O 이소 토포머에, (5) 가스 크로마토그래피 - 질량 분광법 (GC / MS)을 사용하여 N2O 이소토포머의 정량화. 다음 섹션에서는, 먼저, 프로시저(2) 및 (4)에 대한 준비가 설명되고, 그 후, 5개의 구성 요소 절차가 모두 상세히 설명된다.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>15N-KNO3</td>
			<td>SHOKO SCIENCE</td>
			<td>N15-0197</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>15N-NH4Cl</td>
			<td>SHOKO SCIENCE</td>
			<td>N15-0034</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>20 mL PP bottle</td>
			<td>SANPLATEC</td>
			<td>61-3210-18</td>
			<td>Wide-mouth</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Aluminum cap</td>
			<td>Maruemu</td>
			<td>1307-13</td>
			<td>No. 20, with hole</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Boric acid</td>
			<td>Wako</td>
			<td>021-02195</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Centrifuge</td>
			<td>HITACHI</td>
			<td>Himac CR21G II</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Deoxygenized Gas Pressure &#38; Replace Injector</td>
			<td>SANSIN INDUSTRIAL</td>
			<td>IP-12</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Disposable cellulose acetate membrane filter</td>
			<td>ADVANTEC</td>
			<td>25CS020AS</td>
			<td>Pore size 0.22 &#181;m, 25 mm in diameter</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Disposable syringe</td>
			<td>Termo</td>
			<td>SS-10SZ</td>
			<td>10 mL</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Disposable syringe</td>
			<td>Termo</td>
			<td>SS-01T</td>
			<td>1 mL</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dulbecco&#8217;s Phosphate Buffered Saline (-)</td>
			<td>NISSUI PHARMACEUTICAL</td>
			<td>5913</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gastight syringe</td>
			<td>VICI Valco Instruments</td>
			<td>4075-15010</td>
			<td>Series A-2, 100 &#181;L</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>GC/MS</td>
			<td>shimadzu</td>
			<td>GCMS-QP2010ultra</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>GF/D</td>
			<td>Whatman</td>
			<td>1823-010</td>
			<td>10 mm in diameter</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glass vial</td>
			<td>Maruemu</td>
			<td>0501-06</td>
			<td>20 mL</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gray butyl rubber stopper</td>
			<td>Maruemu</td>
			<td>1306-03</td>
			<td>No.20-S</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>H2SO4</td>
			<td>Wako</td>
			<td>192-04696</td>
			<td>Guaranteed Reagent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>K2S2O8</td>
			<td>Wako</td>
			<td>169-11891</td>
			<td>Nitrogen and Phosphorus analysis grade</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>KCl</td>
			<td>Wako</td>
			<td>163-03545</td>
			<td>Guaranteed Reagent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>KNO3</td>
			<td>Wako</td>
			<td>160-04035</td>
			<td>Guaranteed Reagent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NaOH</td>
			<td>Wako</td>
			<td>191-08625</td>
			<td>Nitrogen compounds analysis grade</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NH4Cl</td>
			<td>Wako</td>
			<td>017-02995</td>
			<td>Guaranteed Reagent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Plastic centrifuge tube</td>
			<td>ASONE</td>
			<td>1-3500-22</td>
			<td>50 mL, VIO-50BN</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pseudomonas chlororaphis subsp. aureofaciens</td>
			<td>American Type Culture Collection (ATCC)</td>
			<td>ATCC 13985</td>
			<td>Freeze-dried, the type strain of Pseudomonas aureofaciens</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PTFE sealing tape</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>Z221880</td>
			<td>25 mm in width</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Reciprocating shaker</td>
			<td>TAITEC</td>
			<td>0000207-000</td>
			<td>NR-10</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Screw-cap test tube</td>
			<td>IWAKI</td>
			<td>84-0252</td>
			<td>11 mL</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PTFE-lined cap for test tube</td>
			<td>IWAKI</td>
			<td>84-0262</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tryptic Soy Broth</td>
			<td>Difco Laboratories</td>
			<td>211825</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

measurement of the potential rates of dissimilatory nitrate reduction to ammonium based on 14nh4+/15nh4+ analyses via sequential conversion to n2o

지상파에서 수생 생태계로 옮겨지는 지배적N종인 질산염(NO33−)의운명을 이해하는 것의 중요성은 산업화 이후 글로벌 질소 하중이 급격히 증가했기 때문에 증가하고 있다. 암모늄 (DNRA)과 탈질화에 대한 실질암염 감소는 호흡을 위해 NO3- NO3를 사용하는 미생물 과정입니다. 탈질에 비해 DNRA 활동의 정량적 결정은 제한된 범위까지만 수행되었습니다. 이것은 NO3에서DNRA의 중요성에 대한 이해가 충분하지 않은 것으로이어졌습니다 - 변환 및이 프로세스의 조절 요인. 이 논문의 목적은 환경 샘플에서 잠재적 DNRA 속도를 측정하기 위한 자세한 절차를 제공하는 것입니다. 간단히 말해서, 잠재적 DNRA 속도는 15 N 라벨 암모늄(15NH4+) 축적 속도15NO3- 추가 인큐베이션에서 계산 될 수있다. 15 본 논문에 기재된 14NH4+ 및 15NH4+ 농도의 결정은 다음 단계로 구성된다. 첫째, 샘플내의NH4+는 암모늄 염으로서 산성유리 필터에 추출및 갇혀 있다. 둘째, 갇힌 암모늄은 영출되어 NO3로산화됩니다- persulfate 산화를 통해. 셋째, NO3- N2O 환원 효소 결핍 된 탈모를 통해 N2O로 변환됩니다. 마지막으로, 변환된N2O는 이전에 개발된 쿼드러폴 가스 크로마토그래피-질량 분광법 시스템을 사용하여 분석된다. 우리는 소금 습지 퇴적물에이 방법을 적용하고 제안 된 절차가 이전에 설명 된 방법에 비해 간단하고 빠른 결정을 허용한다는 것을 보여 줌, 자신의 잠재적 인 DNRA 속도를 계산했다.

이 논문에 제시된 대표적인 결과는 염습지 퇴적물의 15N추적 실험에서 유래하였다. 일본 미야기현 케센누마시 무네 지역에서 2011년 동일본 대지진의 여파로 샘플링된 소금 습지가 새로 만들어졌습니다. 2017년 9월, 하조 와 조간 구역의 두 곳에서 표면 퇴적물(0-3cm)이 수집되었습니다. 첫째, 수집 직후, 퇴적물을 4mm 메쉬를 통해 체질되어 식물 뿌리, 껍질 파편 및 잔해...

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Measurement of the Potential Rates of Dissimilatory Nitrate Reduction to Ammonium Based on 14NH4+/15NH4+ Analyses via Sequential Conversion to N2O

14NH4+15NH4+분석을 기반으로 잠재적 DNRA 속도를 결정하는 일련의 방법이 자세히 제공됩니다.+ NH4+ 여러 단계를 통해 N2O로 변환하고 쿼드러폴 가스 크로마토그래피 - 질량 분석법을 사용하여 분석된다.

14NH4+/15NH4+ N2O로순차적변환을 통한 분석 에 따른 암모늄에 대한 질산염 감소의 잠재적 비율 측정

The importance of understanding the fate of nitrate (NO3&#8722;), which is the dominant N species transferred from terrestrial to aquatic ecosystems, has ...

해안과 해양 생태계는 저수지로서 중요하며, 육상 생태계에서 질산염을 제거하는 데 중요합니다. 수생 환경에서 질산염은 여러 공정에서 동시에 소비할 수 있습니다. 탈질, 아나머스 및 DNRA와 같은.이전 연구는 DNRA가 잠재적으로 탈결에 범할 수 있다는 것을 보여주었지만, DNRA 활동을 측정하는 연구는 여전히 그 측정 거부에 비해 매우 제한적입니다. 우리의 프로토콜에서, 우리는 환경 샘플에서 잠재적 인 DNRA 속도의 측정을위한 자세한 절차를 제공합니다. 우리는 잠재적 인 DNRA 속도N15 라벨 질산염 첨가와 N15 라벨 암모늄 축적에서 계산 할 수 있다고 생각합니다.다른 방법에 비해 우리의 방법의 장점은 암모늄이 궁극적으로 낮은 대기 배경을 가지고 아산화 질소로 변환된다는 것입니다. 또한 쿼드러폴 가스 크로마토그래피 질량 분광계를 통해 아산화질소를 측정하는 것은 현명하지 않습니다. 이는 동위원소 비율 질량 분광계보다 비용이 저렴하고 관리하기 쉽습니다.첫째, 알루미늄 호일의 작은 시트에 PTFE 테이프의 60 밀리미터 조각을 배치합니다. 머플 로에서 4 시간 동안 섭씨 450도에서 유리 섬유 필터를 재. 그런 다음 유리 섬유 필터를 테이프의 긴 축의 중간 점 위에 조금 놓습니다.다음으로, 유리 섬유 필터의 중앙에 황산 리터 당 0.9 두더지의 20 마이크로 리터를 발견하고, 즉시 평면 끝 스탬프와 직선 끝 핀셋을 사용하여 PTFE 테이프를 접는다. 유리 섬유 필터 위에 PTFE 테이프를 뒤집은 다음 접힌 다음 핀셋으로 가장자리를 단단히 눌러 PTFE 테이프의 양쪽을 밀봉합니다. 핀셋을 사용하여 PTFE 테이프의 열린 끝을 접어 가장자리를 누릅니다.핀셋으로 가장자리를 단단히 눌러 PTFE 테이프의 열린 끝을 밀봉하여 유리 섬유 필터를 누르지 않도록주의하십시오. 산화 마그네슘 30밀리그램을 20밀리리터 유리 바이알로 옮기고 PTFE 봉투를 바이알에 놓습니다. 이전에 준비된 시료 또는 표준의 5밀리리터를 산화 마그네슘과 PTFE 봉투를 포함하는 바이알로 옮킨다.그리고 회색 부틸 고무 스토퍼로 바이알을 즉시 닫습니다. 그런 다음 유리병을 알루미늄 캡으로 밀봉합니다. 어두운 조건에서 섭씨 4도에서 3 시간 동안 150 RPM에서 바이알을 흔들어.이에 따라 각 바이알에서 알루미늄 캡과 부틸 고무 스토퍼를 제거합니다. 각 바이알에서 PTFE 봉투를 끝핀셋을 사용하여 제거하고 봉투와 핀셋을 이온 교환물로 철저히 헹구십시오. 그런 다음 봉투와 핀셋을 닦아내고 봉투를 신선한 닦아 종이에 놓습니다.접이식 단계의 역순으로 평평한 끝과 뾰족한 끝 핀셋으로 PTFE 봉투를 엽니다. 평평한 끝 핀셋을 사용하여, 황산이 흡수되지 않는 것으로 간주되는 유리 섬유 필터의 주변 영역을 잡으라. 그리고 11 밀리미터 나사 캡 테스트 튜브로 전송합니다.핀셋을 이온 교환물로 헹구고 닦아 종이로 닦아냅니다. 각 테스트 튜브에 1 밀리리터의 이온 교환 물을 추가합니다. PTFE 라이닝 나사 캡으로 테스트 튜브를 닫고 실온에서 적어도 30 분 동안 서 유리 섬유 필터에서 암모늄 양이온을 완전히 피할 수 있도록하십시오.이에 따라 스크류 캡을 열고, 이전에 준비된 퍼설페이트 산화 용액 시약의 2밀리리터를 시험관에 추가하고, 다음 단계 동안 어떤 손실이나 오염도 방지하기 위해 나사 캡으로 튜브를 단단히 닫는다. 랙에 테스트 튜브를 서서 이중 층 알루미늄 호일로 감싸고 섭씨 121도에서 1 시간 동안 똑바로 고정 된 위치에 오토클레이브하십시오. 멸균 소균 100 밀리리터를 리터 인산염 버퍼 당 40 밀리몰, 100 밀리리터의 멸균 30 밀리몰을 무균적으로 혼합합니다.300 밀리리터 에를렌마이어 플라스크에 인산염 완충 포도당 용액의 200 밀리리터에 P.chlororaphis의 글리세롤 스톡을 추가합니다. 그리고 1 시간 동안 초순수 헬륨 스트림으로 제거합니다. 다음으로, 이전에 준비된 디미터 서스펜션의 2밀리리터를 5밀리리터 바이알로 분배합니다.각 유리병을 회색 부틸 고무 스토퍼와 알루미늄 클로저로 캡처리합니다. 헤드스페이스 공기를 3분 동안 진공 청소기로 교체하고 헬륨을 1분 동안 충전하여 매우 순수한 헬륨으로 교체하십시오. 의도하지 않은 공기 오염을 방지하기 위해 헤드스페이스 가스 양압을 1.3대기로 설정합니다.1 밀리리터 일회용 주사기를 사용하여 부틸 고무 스토퍼를 통해 샘플 또는 표준 1 밀리리터를 주입하십시오. 그런 다음 어두운 조건에서 하룻밤 동안 바이알을 섭씨 25도에서 배양하십시오. 다음 날, 수산화 나트륨 당 6개의 두더지 0.3 밀리리터를 주입하여 탈질화를 막고 헤드스페이스 이산화탄소를 흡수하여 아산화질소 분석을 방해합니다.이산화탄소와 아산화질소는 동일한 분자량을 가지고 있기 때문입니다. 변형된 주입 포트를 사용하여 쿼드러폴 GC/MS를 사용하는 헤드스페이스 가스에서 44, 45 및 46의 분자량으로 아산화질소의 양을 결정합니다. 대표적인 결과는 일본 케센누마시와 미야기현의 달 지역에서 2011년 동일본 대지진으로 인한 소금 습지 퇴적물 15건의 질소 추적 실험에서 비롯되었습니다.잠복기 전반에 걸쳐 표기된 암모늄 농도의 증가는 아조 및 조간 구역에서 수집된 모든 퇴적물을 관찰했다. DNRA 비율은 24.8에서 177의 범위 내에 있었습니다. 이전 연구에서 보고된 값과 비슷하지만 유사한 환경에서 파생된 값보다 높습니다.높은 DNRA 속도는 지진 전에 재배장으로 사용되는 염수에 의해 설명될 수 있다. 추측과 일치, 조간 영역에서 DNRA 속도, 이는 하위 조분 영역에 비해 풍부하고 유기 화합물, 높았다. 우리의 프로토콜은 암모늄 형성 및 N15 미량 추가를 포함하는 신진 대사 통로의 분석에 널리 적용됩니다.

Research

JoVE Journal

Environment

Measurement of the Potential Rates of Dissimilatory Nitrate Reduction to Ammonium Based on 14NH4+/15NH4+ Analyses via Sequential Conversion to N2O

Optimize Flue Gas Settings to Promote Microalgae Growth in Photobioreactors via Computer Simulations

컴퓨터 시뮬레이션을 통해 광 바이오 반응기에서 미세 조류의 성장을 촉진하기 위해 연소 가스 설정을 최적화

Flue gas from power plants can promote algal cultivation and reduce greenhouse gas emissions1. Microalgae not only capture solar energy more efficiently ...

연구

환경과학

High-throughput Fluorometric Measurement of Potential Soil Extracellular Enzyme Activities

잠재적 인 토양 세포 외 효소 활동의 높은 처리량 형광 측정 측정

Microbes in soils and other environments produce extracellular enzymes to depolymerize and hydrolyze organic macromolecules so that they can be ...

Methods for Facilitating Microbial Growth on Pulp Mill Waste Streams and Characterization of the Biodegradation Potential of Cultured Microbes

The kraft process is applied to wood chips for separation of lignin from the polysaccharides within lignocellulose for pulp that will produce a high ...

Measuring Carbon-based Contaminant Mineralization Using Combined CO2 Flux and Radiocarbon Analyses

Measuring Carbon-based Contaminant Mineralization Using Combined CO2 Flux and Radiocarbon Analyses

측정 탄소 기반의 오염 물질 무기화 결합 된 CO를 사용하여<sub&gt; 2</sub&gt; 플럭스 및 방사성 탄소 분석

A method is described which uses the absence of radiocarbon in industrial chemicals and fuels made from petroleum feedstocks which frequently contaminate ...

Measuring Rates of Herbicide Metabolism in Dicot Weeds with an Excised Leaf Assay

절제 잎 분석과 쌍자엽 잡초의 제초제 대사의 요금을 측정

In order to isolate and accurately determine rates of herbicide metabolism in an obligate-outcrossing dicot weed, waterhemp (Amaranthus tuberculatus), we ...

Assessment of Labile Organic Carbon in Soil Using Sequential Fumigation Incubation Procedures

순차 훈증 배양 절차를 사용하여 토양으로 불안정 유기 탄소의 평가

Management practices and environmental changes can alter soil nutrient and carbon cycling. Soil labile organic carbon, a readily decomposable C pool, is ...

Evaluating the Effect of Environmental Chemicals on Honey Bee Development from the Individual to Colony Level

식민지 수준에 개인에서 꿀 꿀벌 개발에 대한 환경 화학 물질의 효과를 평가

The presence of pesticides in the beekeeping environment is one of the most serious problems that impacts the life of a honey bee. Pesticides can be ...

Self-standing Electrochemical Set-up to Enrich Anode-respiring Bacteria On-site

현장 양극 다 박테리아를 풍부 하 게 각자 서 있는 전기 설정

Anaerobic respiration coupled with electron transport to insoluble minerals (referred to as extracellular electron transport [EET]) is thought to be ...

Estimating Sediment Denitrification Rates Using Cores and N2O Microsensors

Estimating Sediment Denitrification Rates Using Cores and N2O Microsensors

코어를 사용 하 여 N2O Microsensors 앙금 탈 질 작용 속도 추정

Denitrification is the primary biogeochemical process removing reactive nitrogen from the biosphere. The quantitative evaluation of this process has ...

Composition and Distribution Analysis of Bioaerosols Under Different Environmental Conditions

구성 및 다른 환경 조건에서 Bioaerosols의 유통 분석

Variable microorganisms in particulate matter (PM) under different environmental conditions may have significant impacts on human health. In this study, ...