Name: a low-cost method of measuring the in situ primary productivity of periphyton communities of lentic waters
Uploaded: 2022-12-16T13:05:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about A Low-Cost Method of Measuring the In Situ Primary Productivity of Periphyton Communities of Lentic Waters at JoVE.com

מחקר זה נתמך על ידי הקרן הצ'כית למדע (GACR 19-05791S), RVO 67985939, ועל ידי CAS במסגרת התוכנית של אסטרטגיית AV 21, חיסכון בקרקע והתאוששות. תודה רבה לאונדז'יי סיהלסקי על שצילם את הצילומים בשדה - בלעדיו, הצילומים היו גיהינום מוחלט. הפרויקט לא היה מתאפשר ללא שיתוף פעולה הדוק עם חברות, Palivový Kombinát Ústí s.p. ו- Sokolovská Uhelná, שסיפקו גישה ליישובים הנחקרים.

הערה: לפני הדגימה, קבע את מידת השכפולים בהתבסס על צרכי הפרויקט הכוללים, העיצוב הסטטיסטי או הכמות הצפויה של השתנות הדגימה. חמישה זוגות משוכפלים של בקבוקי דגירה בהירים וכהים מוצעים לניתוח סטטיסטי מדויק וכדי לקחת בחשבון אובדן או שבירה פוטנציאליים של דגימות. הדוברה הניסיונית הצפה המתוארת מתו...

<ol>
	<li>Blachart, J. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Potential+consequences+of+climate+change+for+primary+production+and+fish+production+in+large+marine+ecosystems.">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., Sala, O. E., Jackson, R. B., Mooney, H. A., Howarth, R. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Measurement+of+primary+production+in+aquatic+ecosystems.">The Measurement of primary production in aquatic ecosystems.</a> Methods in Ecosystem Science. , 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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Benthic+algal+production+across+lake+size+gradients:+Interactions+among+morphometry,+nutrients,+and+light.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lake+Van,+eastern+Anatolia,+hydrochemistry+and+history.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lake+benthic+algae:+toward+an+understanding+of+their+ecology.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Investigation+of+the+production+of+plankton+in+the+Oslo+Fjord.+Rapports+et+Proces-verbaux+des+R&#233;unions.">Investigation of the production of plankton in the Oslo Fjord. Rapports et Proces-verbaux des R&#233;unions.</a> Conseil International pour l'&#201;xploration de la Mer. 42, 1-48 (1927).</li><li>Hall, R. O., Thomas, S., Gaiser, E. E., Fahey, T. J., Knapp, A. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measuring+Freshwater+Primary+Productivity+and+Respiration.">Measuring Freshwater Primary Productivity and Respiration.</a> Principles and Standards for Measuring Primary Productivity. , (2007).</li><li>Howart, R., Michaels, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chapter+6+The+Measurement+of+Primary+Production+in+Aquatic+Ecosystems.">Chapter 6 The Measurement of Primary Production in Aquatic Ecosystems.</a> Springer Science and Business Media LLC. , (2000).</li><li>Kop&#225;&#269;ek, J., Hejzlar, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Semi-micro+determination+of+total+phosphorus+in+soils,+sediments,+and+organic+materials:+a+simplified+perchloric+acid+digestion+procedure.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+concentration+and+isotopic+fractionation+of+oxygen+dissolved+in+freshwater+and+seawater+in+equilibrium+with+the+atmosphere1.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photosynthesis-irradiance+patterns+in+benthic+microalgae:+variations+as+a+function+of+assemblage+thickness+and+community+structure.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+evaluation+of+techniques+for+measuring+periphyton+metabolism+in+chambers.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structural+and+functional+dynamics+of+photosynthetic+antenna+complexes.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photosynthesis+in+an+extreme+shade+environment,+benthic+microbial+mats+from+Lake+Hoare,+a+permanently+ice-covered+Antarctic+lake.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&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:+Implications+for+carbon+flux+studies.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+use+of+radioactive+carbon+(14C)+for+measuring+organic+production+in+the+sea.">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-Mart&#237;n, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Relationship+between+carbon-and+oxygen-based+primary+productivity+in+the+Arctic+Ocean,+svalbard+archipelago.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurement+of+the+production+of+organic+matter+in+the+sea+by+means+of+carbon-14.">Measurement of the production of organic matter in the sea by means of carbon-14.</a> Nature. 167 (4252), 684-685 (1951).</li><li>J&#246;nsson, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+14C-incubation+technique+for+measuring+microphytobenthic+primary+productivity+in+intact+sediment+cores.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+comparison+of+four+methods+for+determining+planktonic+community+production.">A comparison of four methods for determining planktonic community production.</a> Limnology and Oceanography. 32 (5), 1085-1098 (1987).</li><li>&#352;imek, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spatio-temporal+patterns+of+bacterioplankton+productivity+and+community+composition+related+to+phytoplankton+composition+and+protistan+bacterivory+in+a+dam+reservoir.">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>

המתודולוגיה המתוארת במאמר זה מבוססת על העיקרון של טכניקת החמצן בבקבוק בהיר וכהה בשילוב עם הטכניקה הלא פולשנית של מדידת ריכוז O2 באמצעות חיישני חמצן אופטיים. מערכת זו מאפשרת מדידה מקבילה של הגדרות דגירה שונות מכיוון שניתן להעביר במהירות את הסיב האופטי למדידת O2 מבקבוק לבקבוק. הק...

פרודוקטיביות ראשונית היא הכניסה היחידה של פחמן אוטוכטוני למערכות הימיות היוצרות את מארג המזון של המערכת כולה1. לפיכך, הערכה מדויקת של פרודוקטיביות ראשונית היא צעד חיוני לקראת הבנת תפקודן של מערכות אקולוגיות ימיות. אזורים ליטורליים הם אזורים של פרודוקטיביות ראשונית גבוהה ומגוון ביולוגי. בנוסף לפיטופלנקטון, מניחים כי פריפיטון (להלן מחצלות מיקרוביאליות) ומקרו-אצות תורמים באופן משמעותי לפרודוקטיביות הראשונית באזורים ליטורליים2. בשל אורח החיים הססגוני וההטרוגניות המרחבית המשמעותית שלהם, כימות התפוקה הראשונית אינו טריוויאלי. 
פרודוקטיביות ראשונית מונעת בעיקר על ידי עוצמת אור, טמפרטורה, זמינות של חומרי מזון והפצה של המינים היוניים של מערכת הקרבונט בעומקים המתאימים של אזורים אופוטיים 3,4. העומק משפיע במידה ניכרת על התפוצה המרחבית של מחצלות מיקרוביאליות. קהילות מיקרוביות חייבות להתמודד עם ההשפעות השליליות של הקרנה גבוהה ושינויי טמפרטורה עונתיים בולטים בעומקים רדודים ועם עוצמת אור נמוכה יותר בעומקים גדולים יותר. בנוסף לשיפוע העומק, אינטראקציות טרופיות דינמיות יוצרות תבניות מרחביות מרובות ומורכבות בקני מידה שונים5. מערכת מורכבת זו מסובכת להדמיה במעבדה. הדרך המדויקת ביותר להסיק את הפעילות המטבולית של יצרנים ראשוניים בודדים מאזורי ליטורל היא להקים ניסויים באתרם.
המתודולוגיה שהוצגה במאמר זה מבוססת על שיטת התא המסורתית 2,6,7, יחד עם דוברה צפה ניתנת להובלה וקלה לבנייה בעלות נמוכה. זה מאפשר מדידה של פרודוקטיביות ראשונית בעומקים שונים תחת ספקטרום האור הטבעי, טמפרטורה והתפלגות שונה של המינים היוניים של מערכת הקרבונט עם העומק. השיטה מבוססת על העיקרון של אור לעומת חמצן בבקבוק כהה, אשר שימש לראשונה למדידת פוטוסינתזה של פיטופלנקטון 6 והוא עדיין בשימוש נפוץ 6,7. הוא משווה את קצב השינוי בחמצן בבקבוקים המוחזקים באור (הכולל את ההשפעות של פרודוקטיביות ראשונית ונשימה) עם אלה המוחזקים בחושך (נשימה בלבד)8. השיטה משתמשת באבולוציה של חמצן (פוטוסינתזה) כפרוקסי לפרודוקטיביות ראשונית. המשתנים הנמדדים הם פרודוקטיביות המערכת האקולוגית נטו (NEP, כשינוי בריכוז O 2 לאורך זמן בתנאי אור) ונשימה של המערכת האקולוגית (RE, כשינוי בריכוז O2 לאורך זמן בחושך). תפוקת המערכת האקולוגית הגולמית (GEP) היא חישוב ההפרש בין השניים (טבלה 1). המונח "מערכת אקולוגית" משמש כאן כדי לציין כי הפרפיטון מורכב מאורגניזמים אוטוטרופיים והטרוטרופיים. השיפור המשמעותי ביותר של שיטה קאמרית מסורתית זו הוא שימוש בחיישנים אופטיים לא פולשניים של חמצן ואופטימיזציה של שיטה פלנקטונית זו בעיקר למדידת פרודוקטיביות ראשונית פריפיטית.
הטכניקה מתוארת בדוגמה של מדידת מחצלות מיקרוביאליות באזור הליטורלי של אגמים חדשים שהתגלו לאחר הכרייה בצ'כיה-מילאדה, מוסט ומדר. הפעילות המטבולית של מחצלות מיקרוביאליות נקבעת באמצעות מדידה ישירה באתרה של שטפי O2 המבוצעת ישירות בעומקים ספציפיים, שם הקהילות הנחקרות מתרחשות באופן טבעי. פעילות הטרוטרופית ופוטוטרופית נמדדת בבקבוקי זכוכית סגורים המצוידים בחיישני חמצן אופטיים לא פולשניים. חיישנים אלה מזהים את הלחץ החלקי של חמצן באמצעות פלואורסצנטיות של צבעים רגישים לאור. הבקבוקים עם מחצלות מיקרוביאליות תלויים ודוגרים על מכשיר צף בעומקים המתאימים. ריכוז החמצן בתוך הבקבוקים נמדד ברציפות בתקופת אור היום מהסירה הקטנה. 
דגימות של מחצלות מיקרוביאליות שלמות נאספות ומונחות בבקבוקי דגירה אטומים לגז בעומקים ייעודיים על ידי צוללנים. כל בקבוק מצויד במיקרו-חיישן חמצן אופטי לא פולשני, המנטר את הפרודוקטיביות/הצריכה של O2 לאורך זמן. כל המדידות נעשות בחמישה זוגות כהים/בהירים המשוכפלים בכל עומק. עוצמות הטמפרטורה והקרינה הפעילה פוטוסינתטית (PHAR) נמדדות בעומקים המתאימים לאורך הדגירה. לאחר 6 שעות של דגירה באתרה (שעות אור יום), המחצלות המיקרוביאליות נקטפות מהבקבוקים ומיובשות. שטפי O2 מנורמלים לביומסה מיקרוביאלית. כבקרה, השטפים מתוקנים לשינויים בריכוז O2 בבקבוקים נפרדים אטומים לגז בהירים וכהים (פקדים ריקים) המכילים מי אגם ללא ביומסה מיקרוביאלית של מחצלות. להלן הוראות מפורטות לבניית הדוברה הצפה ולביצוע הניסוי כולו שלב אחר שלב. מאמר זה מציג גם תוצאות מייצגות ממדידות של מחצלות מיקרוביאליות בשני עומקים (1 מ' ו-2 מ'), עם חמישה שכפולים בכל עומק. הטמפרטורה ועוצמת האור בפועל נמדדו במהלך כל הניסוי באמצעות מאגרי נתונים.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Aluminum angle L profile 40 x 40 mm x 3 mm, length 2,000 mm</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Aluminum flat bar 40 x 3 x 350 mm</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bucket 15 L with concrete infill&#160;</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Carabine hook with screw lock 50 x 5 mm</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>electric tape black</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Extruded polystyrene (XPS) material 500 x 200 x 150 mm</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fibox 3 LCD trace</td>
			<td>PreSens Precision Sensing GmbH</td>
			<td></td>
			<td>stand-alone fiber optic oxygen meter</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hondex PS-7 Portable Depth Sounder</td>
			<td>Hondex&#160; - Honda Electronics</td>
			<td></td>
			<td>to measures distances through water - to bottom depth measurement; https://www.honda-el.net/industry/ps-7e</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>KORKEN - glass tight-seal jar 0.5 L</td>
			<td>IKEA</td>
			<td></td>
			<td>incubation bottles; https://www.ikea.com/cz/en/p/korken-jar-with-lid-clear-glass-70213545/</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>metal hook&#160;</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Oxygen Sensor Spot SP-PSt3-NAU-D5</td>
			<td>PreSens Precision Sensing GmbH</td>
			<td></td>
			<td>non-invasive optical oxygen sensor for measurements under Real Conditions</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SCOUT infantable canoe</td>
			<td>GUMOTEX</td>
			<td></td>
			<td>https://www.gumotexboats.com/en/scout-standard#0000-044667-021-13/11C</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Screw 10 x 170 mm with hexagonal nuts</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Screw 4 x 15 mm with hexagonal nuts</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Screw 4 x 15 mm with wing nuts</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Snap hooks 50 x 5 mm</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Steel Carabine hook 50 x 5 mm</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Steel chain with wire diameter 3 mm, inside link 5.5 x 26 mm</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Steel chain, 5 m</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>toothbrush</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>tweezer</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Washer 10 x 50 mm</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Washer 4 x 10 mm</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Washer 4 x 10 mm</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a low-cost method of measuring the in situ primary productivity of periphyton communities of lentic waters

מדידת התפוקה הראשונית באתרה של פריפיטון במהלך שיפוע עונת הגידול יכולה להבהיר את ההשפעה הכמותית של מניעים סביבתיים (בעיקר ריכוז זרחן ועוצמת אור) והרכב המינים על התפוקה הראשונית. פרודוקטיביות ראשונית מונעת בעיקר על ידי עוצמת אור, טמפרטורה, זמינות של חומרי מזון והפצה של המינים היוניים של מערכת הקרבונט במעמקי האזור האופוטי בהתאמה. זוהי מערכת מורכבת שקשה מאוד לדמות במעבדה. דוברה צפה זולה, ניתנת להובלה וקלה לבנייה זו מאפשרת למדוד את הפרודוקטיביות הראשונית באופן מדויק-ישיר בתנאים הטבעיים בפועל. המתודולוגיה מבוססת על מדידת התפוקה הראשונית בזמן אמת באמצעות חיישני חמצן לא פולשניים המשולבים בצנצנות זכוכית אטומות היטב, המאפשרים ניטור מקוון של שטף החמצן ומספקים תובנות חדשות על פעילויות מטבוליות. מדידות עונתיות מפורטות באתרן של פרודוקטיביות ראשונית ברוטו של מחצלות מיקרוביאליות (או אורגניזמים בנטיים אחרים) יכולות לשפר את הידע הנוכחי על התהליכים השולטים בדינמיקת הפרודוקטיביות הראשונית במים לנטיים.

<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64078/64078fig05.jpg"> איור 5: פרודוקטיביות נטו וברוטו של מערכות אקולוגיות של מחצלות מיקרוביאליות באור יום. (A) פרודוקטיביות המערכת האקולוגית של רשת בקבוקים קלה: נתוני מהלך הזמן של תפוקת החמצן נטו של מחצלות מיקרוביאלי...

Watch this Scientific Journal Video about A Low-Cost Method of Measuring the In Situ Primary Productivity of Periphyton Communities of Lentic Waters at JoVE.com

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

מוצגת כאן שיטה/מתקן חסכוניים וניתנים להובלה למדידת התפוקה העיקרית של מחצלות מיקרוביאליות בתנאי טמפרטורה ותאורה בפועל באתרם . מערך הניסוי מבוסס על חומרים זמינים באופן נרחב וניתן להשתמש בו בתנאים שונים תוך שהוא מציע את היתרונות של מודלים מבוססי מעבדה.

שיטה בעלות נמוכה למדידת התפוקה הראשונית באתרה של קהילות פריפיטון במים לנטיים

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

מדידה מפורטת באתרה של התפוקה ברוטו של פריפיטון או כל מיקרואורגניזם מים באתר מתאים יכולה לשפר את הידע הנוכחי של התהליכים השולטים בדינמיקה של פרודוקטיביות ראשונית במים לנטיים. השיפורים העיקריים בשיטות המוצעות הם אי-פולשניות, עלות-תועלת ואפשרות למדידות סימולטניות במקומות שונים. זה גם מאפשר איסוף של נכסי נתונים גדולים ללא הוצאות נוספות.החלפת הדוברה בביצוע הניסויים, השתמש בקיאק מתנפח מכיוון שהוא ניתן להובלה בקלות. בחר מקום עם עומק אידיאלי לעיגון המצוף. לאחר מכן, חברו את הדוברה המורכבת מאחורי ירכתי הסירה והורידו בזהירות את העוגן לאורך צד הסירה.יישרו את העוגן על ידי תלייתו מעט מתחת לפני המים, כך שניתן יהיה לגרור את המצוף בקלות עם העוגן לנקודה עם העומק הנדרש. לאחר ההגעה למקום, התירו את העוגן מהסירה והורידו אותו לתחתית, ואז הצמידו את הדוברה לשרשרת העוגן ואת השרשראות לחיבור בקבוקי הדגירה לדוברה. כדי להכין את בקבוקי הדגירה, חברו כתמי חיישן חמצן אופטיים לדופן הפנימית של בקבוקי 0.5 ליטר שקופים ורחבי צוואר עם אטמים אטומים לגז, ואז צרו שכבה אטומה לבקבוקי הטיפול הכהים על ידי עטיפתם בסרט חשמלי שחור.חותכים חור זעיר במקום החיישן האופטי הממוקם ומוודאים כי חור החיתוך קטן מעט מקוטר החיישן כדי למנוע חדירת אור לבקבוק. הניחו את בקבוקי הדגירה בקופסה הניידת וצללו עם הקופסה לעומק המתאים מבלי להפריע למשקעים במים שמסביב. לאחר מכן, באמצעות פינצטה ארוכה, למלא בזהירות את הדגימות לתוך בקבוקי הדגירה, נזהר לא להפריע את הביומסה של הדגימה יותר מדי.אם המחצלות המיקרוביאליות גדלות על משטח מוצק כמו אבן קטנה, העבירו בזהירות את כל האבן עם ביומסה שלמה לתוך הבקבוק. מלאו זוג אחד של בקבוקים בהירים וכהים במים נקיים מהמעמקים המתאימים ללא משקעים שישמשו כפקדים ריקים. לאחר שווידאתם שהמים בכל בקבוקי הדגירה נקיים ואינם מכילים משקעים מטרידים, הביאו את הבקבוקים הסגורים לסירה העוגנת לדוברה הצפה.חברו את שני הזוגות הראשונים של בקבוקי הדגירה לווי ההצמדה בשרשרת הראשונה, ולאחר מכן מדדו את ריכוז החמצן הראשוני בכל בקבוק באמצעות מד החמצן של הסיבים האופטיים. חבר את הכבל האופטי של המונה לחיישן החמצן המותקן בתוך הבקבוק ותוך מספר שניות, קרא את ריכוז החמצן במונה ורשום את הערך הנמדד. מיד לאחר המדידה, הנמיכו בזהירות את השרשרת עם הבקבוקים המחוברים בחזרה למים, תוך הקפדה על כך שבקבוקי הדגירה ממוקמים באותו עומק שממנו נדגמה הביומסה שהונחה בהם.לאחר שעה, מדוד שוב את ריכוז החמצן על ידי משיכה זהירה של כל שרשרת עם הבקבוקים לתוך הסירה. קריאת ערך החמצן הודגמה בעבר והורדת הדגימות למים שוב. לאחר השלמת כל המדידות, הוציאו את הדגימות מבקבוקי הדגירה ושפשפו את המחצלת המיקרוביאלית שגדלה על פני חומר קשה כמו אבן עם מברשת שיניים או סכין קטנה, ואז העבירו את התכולה לצלוחיות פלסטיק.עלייה בריכוז החמצן לאורך זמן ניכרת הן בבקרה והן בבקבוקי הדגימה החשופים לאור המעידים על תפוקת המערכת האקולוגית נטו. עם זאת, שיפוע הגידול גבוה משמעותית בבקבוקים עם דגימות מחצלת מיקרוביאלית. השינוי בריכוז החמצן לאורך זמן בבקבוקים החשוכים הוא סכום הנשימה האוטוטרופית וההטרוטרופית.במקרה זה, השיפוע של ריכוז החמצן בבקבוק הבקרה אינו שונה באופן משמעותי מאפס. הפחתת שיעורי הנשימה מפריון המערכת האקולוגית נטו מניבה את שיעורי התפוקה של המערכת האקולוגית ברוטו והנתונים תואמים היטב את ההגדרה. יישום מעשי של שיטה זו הושג בשדות של שלושה אגמים שלאחר הכרייה המראים את תפוקת המערכת האקולוגית ברוטו של הקהילה הפרפיטית בעונת הצמחייה.במהלך תהליך דגימת הביומסה מתחת למים, חשוב לוודא שאף בועות אוויר לא נשארות כלואות בתוך בקבוקי הדגירה לאחר שהם נסגרים לאחר הוספת הדגימות. באמצעות הליך זה, ניתן לכמת את חילופי החמצן בין גוף המים לבין כל אורגניזם או קהילה של אורגניזמים בגודל מתאים. שיטה זו מאפשרת לחקור את התפוקה הראשונית לאורך כל השנה של אורגניזם נבחר באתרו על ידי הפיכת המצב הטבעי ככל האפשר, ובכך לתת מושג טוב יותר על חשיבותו היחסית לחילוף החומרים של פחמן לכל החיים.

Research

JoVE Journal

Environment

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

Determination of Microbial Extracellular Enzyme Activity in Waters, Soils, and Sediments using High Throughput Microplate Assays

קביעת מיקרוביאלית התאית אנזים הפעילות במים, קרקעות, ומשקעים באמצעות מבחני Microplate תפוקה גבוהה

Much of the nutrient cycling and carbon  processing in natural environments occurs through the activity of extracellular  enzymes released by ...

A Noninvasive Method For In situ Determination of Mating Success in Female American Lobsters (Homarus americanus)

A Noninvasive Method For In situ Determination of Mating Success in Female American Lobsters Homarus americanus

שיטה לא פולשנית ל<em&gt; באתרו</em&gt; קביעת ההצלחה זיווג בלובסטרים אמריקאים נקבה (<em&gt; Americanus Homarus</em&gt;)

Despite being one of the most productive fisheries in the Northwest Atlantic, much remains unknown about the natural reproductive dynamics of American ...

Quantification of Heavy Metals and Other Inorganic Contaminants on the Productivity of Microalgae

כימות של מתכות כבדות ומזהמים אורגניים אחרים בפרודוקטיביות של מייקרו

Increasing demand for renewable fuels has researchers investigating the feasibility of alternative feedstocks, such as microalgae. Inherent advantages ...

Clean Sampling and Analysis of River and Estuarine Waters for Trace Metal Studies

נקי דיגום ואנליזה של נהר ושפכי הנהרות ווטרס ללימודי מתכת עקבות

Most of the trace metal concentrations in ambient waters obtained a few decades ago have been considered unreliable owing to the lack of contamination ...

Pretreatment of Lignocellulosic Biomass with Low-cost Ionic Liquids

המקדים של ביומסה Lignocellulosic עם נוזלים יוניים בעלות נמוכה

A number of ionic liquids (ILs) with economically attractive production costs have recently received growing interest as media for the delignification of ...

Extraction of Organochlorine Pesticides from Plastic Pellets and Plastic Type Analysis

הפקת חומרי הדברה אורגנוכלורינים מפלסטיק וגלגול סוג פלסטיק

Plastic resin pellets, categorized as microplastics (&#8804;5 mm in diameter), are small granules that can be unintentionally released to the environment ...

Measuring the Flight Ability of the Ambrosia Beetle, Platypus Quercivorus (Murayama), Using a Low-Cost, Small, and Easily Constructed Flight Mill

Measuring the Flight Ability of the Ambrosia Beetle, Platypus Quercivorus Murayama, Using a Low-Cost, Small, and Easily Constructed Flight Mill

מדידת היכולת טיסה של החיפושית אמברוזיה, ברווזן Quercivorus (Murayama), באמצעות בעלות נמוכה, קטנה, טיסה מתוכננת בקלות מיל

The ambrosia beetle, Platypus quercivorus (Murayama), is the vector of a fungal pathogen that causes mass mortality of Fagaceae trees (Japanese oak wilt). ...

A Flexible Low Cost Hydroponic System for Assessing Plant Responses to Small Molecules in Sterile Conditions

עלות נמוכה גמיש מערכת הידרופונית להערכת תגובות צמח מולקולות קטנות בתנאים סטריליים

A wide range of studies in plant biology are performed using hydroponic cultures. In this work, an in vitro hydroponic growth system designed for ...

Construction of a Compact Low-Cost Radiation Shield for Air-Temperature Sensors in Ecological Field Studies

בניית מגן קרינה נמוכים קומפקטי לחיישני הטמפרטורה בלימודי שדה אקולוגי

Low cost temperature sensors are increasingly used by ecologists to assess climatic variation and change on ecologically relevant scales. Although ...

Construction of a Low-cost Mobile Incubator for Field and Laboratory Use

הקמת חממה נייד בעלות נמוכה עבור שדה והשתמש מעבדה

Incubators are essential for a range of culture-based microbial methods, such as membrane filtration followed by cultivation for assessing drinking water ...