Informacija

5.15: Azoto fiksavimas – biologija

5.15: Azoto fiksavimas – biologija


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

5.15: Azoto fiksavimas

N2 fiksacija ir važiavimas dviračiu Alnus glutinosa, Betula švytuoklė ir Fagus sylvatica miškas, veikiamas laisvo oro CO2 praturtinimas

Išmatavome padidėjusio atmosferos CO poveikį2 ant atmosferos azoto (N2) fiksacija medžių rūšyje Alnus glutinosa auga monokultūroje arba mišinyje su ne N2- medžių rūšių tvirtinimas Betula švytuoklė ir Fagus sylvatica. Mes išnagrinėjome hipotezes, kad (1) N2 fiksavimas viduje A. glutinosa padidės reaguojant į padidėjusį atmosferos CO2 koncentracijos, auginant monokultūroje, (2) padidėjusio CO poveikio2 ant N2 fiksavimas viduje A. glutinosa yra vienodas mišinyje ir monokultūroje ir (3) padidėjusio CO poveikis2 N ciklas bus akivaizdus sumažėjus lapų δ 15 N ir dirvožemio lapų sodrinimo koeficientui (EF), ir kad šis poveikis mišriuose ir pavienių rūšių medynuose nesiskiria. Medžiai buvo auginami miško plantacijoje buvusiuose žemės ūkio laukuose keturis vegetacijos sezonus, po kurių medžiai buvo vidutiniškai 3,8 m aukščio, o lajos užsikimšusios. Atmosferos CO2 koncentracijos buvo palaikomos arba aplinkos, arba padidintos (200 ppm) koncentracijos naudojant laisvo oro CO2 sodrinimo (FACE) sistema. Lapo δ 15 N buvo išmatuotas ir naudojamas kiekiui įvertinti (Ndfa) ir proporcija (%Ndfa) N, gauto fiksuojant atmosferoje. Vidutiniškai 62% N in A. glutinosa lapai buvo nuo fiksavimo. %Ndfa ir Ndfa dėl A. glutinosa medžių monokultūroje nepadidėjo esant padidėjusiam CO kiekiui2, nepaisant didesnių augimo tempų. Tačiau N2 fiksacija padidėjo medžių, augančių mišinyje, nepaisant to, kad nebuvo reikšmingo augimo stimuliavimo. Buvo įrodymų, kad sutvarkė N2 buvo perkeltas iš A. glutinosa į F. sylvatica ir B. švytuoklė, tačiau nėra įrodymų, kad tai turėjo įtakos jų CO2 atsakymą. Šio tyrimo rezultatai rodo, kad N2 fiksavimas viduje A. glutinosa gali būti didesnis ateityje padidėjus CO2 pasaulyje, tačiau toks poveikis pasireikš tik ten, kur medžiai auga mišrių rūšių medynuose.

Tai prenumeruojamo turinio peržiūra, prieiga per jūsų įstaigą.


AZOTO BIOGEOCHEMIJA NAUJOJOS ANGLIJOS ŪKIO OLIGOHALINĖJE ZONOJE.

Abstraktus. Mes ištyrėme azoto ciklą Parker upės žiočių oligohalininėje zonoje (mažo druskingumo regione, kur upės vanduo pirmą kartą patenka į estuariją) Parker upės žiotyse šiaurės rytų Masačusetso valstijoje. 1996 m. rugpjūčio mėn. 27 dienoms pristatėme izotopinį žymeklį ([N.sup.15]-[[NO.sub.3].sub.-]), kad padėtume nustatyti, kaip iš vandens telkinių gaunamas azotas juda viršutine estuarija. Pridėto atsekamosios medžiagos kiekio pakako, kad nitratai būtų izotopiškai praturtinti [tilde] 100 % [MATEMATINĖ IŠRAIŠKA, NEATKURTOJAMA ASCII] šalia pridėjimo, tačiau nitratų koncentracijai reikšmingos įtakos neturėjo. Įprastomis vasaros žemo tėkmės sąlygomis, kaip buvo pridėjimo laikotarpiu, planktoninė diatomė Actinocyclus normanii greitai pašalino iš vandens stulpelio visus upių nitratus (įskaitant nitratų žymeklį). Atsekamosios medžiagos eksportas į upių žiotis buvo mažas izotopų pridėjimo laikotarpiu, iš dalies dėl mažo upės debito. Vietoj to, didžioji dalis azoto, kurį iš pradžių asimiliavo A. normanii, buvo perkelta į oligohalininės zonos nuosėdas. Fitoplanktono azoto poreikis vasarą viršijo upių pasiūlą. Papildomas azotas daugiausia buvo gaunamas atsinaujinus bentosui azotui, nors dalis galėjo būti iš požeminio vandens. Čia taikomas visos ekosistemos izotopų žymeklio metodas buvo galinga priemonė tirti vandens baseino išgaunamo azoto likimą viršutinėje žiočių dalyje.

Reikšminiai žodžiai: Actinocyclus normanii diatomos estuarijos sausumos pakraščio ekosistema Masačusetsas (JAV) [N.sup.15] azoto ciklo oligohalinė zona fitoptanktono silicio dioksido stabilus izotopas sausumos ir vandens ryšys.

Azoto patekimas į JAV šiaurės rytų baseinus labai išaugo nuo europiečių įsikūrimo 1600-ųjų pradžioje. Pirminiai pridėto azoto šaltiniai yra atmosferos nuosėdos, žemės ūkio trąšos ir nuotekos (Nixon ir Pilson 1983, Lee ir Olsen 1985, Valiela ir kt. 1997). Didelė dalis šio papildomo azoto sulaikoma arba denitrifikuojama baseine, tačiau didelis kiekis patenka į požeminį vandenį ir upes ir galiausiai patenka į estuarijas bei vandenyną (Galloway ir kt., 1995, Howarth ir kt., 1996).

Padidėjusio azoto patekimo įtaka gali būti ypač reikšminga estuarijose. Kadangi iš vandens telkinių gaunamos maistinės medžiagos yra transportuojamos į šias ekosistemas ir sutelktos į šias ekosistemas, žiotys yra vienos labiausiai tręštų ekosistemų žemėje (Nixon ir kt., 1986, Valiela ir kt., 1997). Produktyvumą upių žiotyse dažnai riboja azotas, todėl padidėjęs azoto patekimas gali paskatinti dumblių augimą ir savo ruožtu paveikti kitus ekosistemos funkcionavimo aspektus (Hopkinson ir Vallino, 1995). Pavyzdžiui, didelė azoto apkrova, susijusi su pavasario nuotėkiu Česapyko įlankoje, palaiko fitoplanktono žydėjimą, o žydėjimo metu susilaikyto azoto perdirbimas lemia atidėtą produktyvumo maksimumą vasarą (Malone ir kt., 1988, Harding, 1994). Nors padidėjusi dumblių gamyba dėl antropogeninės azoto apkrovos gali turėti teigiamų pasekmių, pvz., padidėjusi žuvų gamyba (Keller ir kt., 1990), tai taip pat gali sukelti hipoksiją dugno vandenyse, o tai gali būti pražūtinga žuvims ir kitai biotai (Dauer et al. 1992, Justic ir kt., 1993, Breitburg ir kt., 1994, Justic ir kt., 1995).

Kadangi hidrologijos, geomorfologijos ir biologijos sąveika labai apsunkina azoto ciklą upių žiotyse, trūksta visiško azoto biogeochemijos supratimo estuarijose. Nors padaryta didelė pažanga, azoto apdorojimo detalių neapibrėžtumas trukdo numatyti padidėjusio azoto apkrovos padarinius. Šie neapibrėžtumai pabrėžia būtinybę toliau tirti azoto dinamiką pakrančių ekosistemose ir rodo, kad gali prireikti naujų metodų.

Šio tyrimo tikslas buvo ištirti azoto ciklą Parker upės žiočių šiaurės rytų Masačusetso dalyje arba oligohalininėje zonoje (1 pav.). Tyrimą sudarė visos ekosistemos [N.sup.15]-[[NO.sub.3].sup.-] žymeklio priedas, skirtas (1) biogeocheminiam azoto ciklui ir (2) trofiniams keliams ištirti viršutinėje dalyje. žiotys. Šiame dokumente pagrindinis dėmesys skiriamas biogeocheminiams tyrimo aspektams, o papildomame dokumente pabrėžiama maisto tinklo struktūra (Hughes ir kt., 2000). Daugiausia dėmesio skyrėme viršutinei estuarijai, nes tai yra labiausiai su baseinu susijęs regionas, todėl pirmasis upių azoto patekimas į vandenį yra apdorojamas. Palyginti su labiau į jūrą esančiais upių žiotimis, oligohalinė zona sulaukė palyginti mažai dėmesio (Anderson 1986, Schuchardt ir kt. 1993). Be biogeocheminės oligohalininės zonos, kaip buferio arba ekotono tarp baseino ir apatinės žiočių bei vandenyno reikšmės, žemo druskingumo vandenys viršutinėje žiočių dalyje yra labai svarbūs daugelio estuarijos organizmų gyvenimo istorijai (Odum 1988, Deegan ir Garritt 1997). Išsamesnis viršutinės žiočių tyrimas leis geriau suprasti viso estuarijos veikimą ir palengvins veiksmingą šių vandenų valdymą.

Parkerio upės žiotys (1 pav.) yra Plum Island Sound estuarijų sistemos dalis (42°44' šiaurės platumos, 70°50' vakarų ilgumos) Masačusetso šiaurės rytuose. Parkerio upės žiočių baseinas, esantis 65 [km.sup.2] aukštyje virš užtvankos žiočių viršūnėje, daugiausia apaugęs mišku, o gyvenamasis plotas nedidelis. Bendras žiočių ilgis yra [tildė] 24 km, o oligohalinė zona nominaliai užima pradinius 5 km. Mūsų oligohalininės zonos arba viršutinės žiočių apibrėžimas grindžiamas tokiais aspektais kaip druskingumo pasiskirstymas ir rūšių sudėtis. Druskingumas viršutinėje žiočių dalyje paprastai yra [mažiau nei] 10 (druskingumas nurodytas kaip santykis [UNESCO 1985], laidumas [tilde] 15 mS/cm), o biota paprastai apima gėlo vandens organizmus, taip pat estuarijų ir jūrų rūšis. Vidutinė potvynių amplitudė viršutinėje žiočių dalyje yra [tildė] 2,7 m, o potvynių ir atoslūgių amplitudė yra 2-4 km. Vidutinis metinis gėlo vandens patekimas iš Parkerio upės yra 1,2 [m.sup.3]/S, tačiau vasarą debitas yra mažesnis (paprastai 0,1–0,5 [m.sup.3]/s).

Viršutinė žiotys turi vieną pagrindinį kanalą, vingiuojantį per plačias šviežias ir druskingas pelkes (1 pav.). Estuarijos kanalo viršutinio 5 km paviršiaus plotas yra [tildė] 223 650 [m.sup.2] (J. Vallino, asmeninis pranešimas). Pelkių augmenija daugiausia susideda iš katžolės (Typha latifolia) ir viksvų (Scirpus americana ir Carex sp.), o upelių pakrantėse aptinkama sūdytinių pelkių (Spartina alterniflora). Pirminę produkciją kanale daugiausia gamina fitoplanktonas, o pelaginė diatomė Actinocyclus normanii dominuoja pirminėje produkcijoje vasaros žydėjimo metu, o antroje – mikrofitobentosas. Labiausiai paplitęs zooplanktonas yra Eurytemora affinis ir Acartia tonsa, o iš įprastų žuvų yra mumichogas (Fundulus heteroclitus), baltasis siurblys (Catostomus commersoni), baltasis ešeris (Morone americana) ir Atlanto sidabražolė (Menidia menidia). Išsamesnį Parker upės žiočių oligohalinės zonos biotos aprašymą rasite Hughes ir kt. (2000) ir Deeganas ir Garrittas (19 97).

Pirmasis bandymas atlikti eksperimentą buvo pradėtas 1996 m. liepos 10 d., bet po 4 dienų buvo nutrauktas dėl didelės audros. Sėkmingas [N.sup.15]-[[NO.sub.3].sup.-] pridėjimas prasidėjo 1996 m. rugpjūčio 6 d. ir tęsėsi iki 1996 m. rugsėjo 1 d. Izotopas buvo nuolat pilamas per peristaltinį siurblį, išskyrus [tilde]24. -h pertrauka (rugpjūčio 26-27), kai sugedo siurblys. Izotopinis žymeklis buvo [N15] praturtintas [KNO3] ir buvo pridėtas 4,8 g [N.15] per dieną (128 g [N.sup. 15] iš viso). Rhodamine WT, fluorescencinis dažiklis, buvo pridėtas prie izotopo, kad būtų galima palyginti santykinai konservatyvių (rodaminas) ir reaktyvių (nitratų) tirpių medžiagų elgseną. Rodamino/izotopų tirpalas buvo įpiltas 2 km į jūrą nuo nedidelės užtvankos, kuri apibrėžia žiočių viršūnę (1 pav.). Vandens tūris, į kurį buvo įdėtas izotopas, t. y. „potvynio prizmė“ izotopų pridėjimo vietoje, yra [tilde] 130 000 [m.sup.3]. Mėginių ėmimas buvo pradėtas prieš izotopų pridėjimą, siekiant nustatyti pradines azoto atsargas ir izotopines vertes, ir buvo tęsiamas [tilde]1 mėn. po [N.sub.15] pridėjimo pabaigos.

Upės įtekėjimas į viršutinę estuariją buvo nustatytas naudojant Jungtinių Valstijų geologijos tarnybos (USGS) duomenis iš matavimo stoties Parker upėje [tilde] 2 km prieš srovę nuo žiočių viršūnės (USGS stoties numeris 01101000). Mes apskaičiavome sąnaudas iš neišmatuotos baseino dalies tarp užtvankos ir matuoklio darydami prielaidą, kad ploto ir nuotėkio santykis yra pastovus. Nitratų, amonio ir silicio dioksido patekimas į viršutinę estuariją buvo įvertintas periodiškai imant upės vandens, tekančio per užtvanką, mėginius. Kai amonio ir nitratų koncentracijos nebuvo matuojamos vienu metu, ištirpusio neorganinio azoto (DIN) srautas buvo skaičiuojamas interpoliuojant amonio koncentracijas tarp nuoseklių mėginių arba darant prielaidą, kad po rugsėjo 19 d. amonio koncentracija buvo pastovi 1,2 [mikro]mol/L.

Mėginių ėmimas ir analizės procedūros

Vandens stulpelių sudedamosios dalys buvo imamos 1 km intervalais išilgai 10 km išilginės transekto, prasidedančio nuo estuarijos viršūnės. Mėginių vietos nustatomos pagal atstumą kilometrais palei upės vagą, pradedant iškart po užtvanka (0 km) ir didėjant žiočių kryptimi. Per 2 mėnesių tyrimo laikotarpį buvo atlikta 15 mėginių ėmimo transektų. Maistinių medžiagų koncentracijos, kietųjų dalelių organinio azoto (PON) koncentracijos ir izotopų sodrinimo bei chlorofilo a (chla) mėginiai buvo renkami kiekvienoje mėginių ėmimo stotyje, o kitų tipų mėginiai (fitoplanktonas, [N.sup.15]-[[NO.sub) .3].sup.-] ir [N.sup.15]-[[NH.sub.4].sup.+] buvo renkami rečiau.Be šių mėginių, temperatūra ir laidumas bei periodiškai rodamino koncentracija , buvo registruojami kiekvienoje mėginių ėmimo stotyje Hidrologinis buvimo laikas viršutiniuose 5 km žiotyse buvo skaičiuojamas pagal upės debitą (Vallino ir Hopkinson 1998).

Ištirpęs deguonis (DO), gylis, laidumas ir temperatūra buvo matuojami ir registruojami 15 minučių intervalais izotopų pridėjimo vietoje, naudojant ISCO / YSI automatinį mėginių ėmiklį / duomenų kaupiklį. Šie kintamieji buvo registruojami per 2 mėnesių tyrimo laikotarpį, išskyrus 19 valandų laikotarpį, rugpjūčio 2–3 d., ir 4 dienų laikotarpį, rugpjūčio 23–27 d., kai duomenų registravimas nepavyko.

Transect vandens mėginiai buvo paimti naudojant bateriją maitinamą peristaltinį siurblį su integruotu GF / F filtru. Mėginiai buvo laikomi ant ledo, kol grąžinami į laboratoriją. Chlorofilas ir PON buvo surinkti ant stiklo pluošto filtrų (Whatman GF/F, atitinkamai 47 ir 25 mm skersmens). Fitoplanktonas buvo renkamas velkant tinklą (25 cm skersmens, 20 mikronų akių anga) 2 minutes už mažos valties.

Maistinės medžiagos buvo analizuojamos laikinoje laboratorijoje Governor Dummer akademijoje, Byfielde, Masačusetso valstijoje, 1 km nuo tyrimo vietos. Visuose maistinių medžiagų mėginiuose buvo ištirtas nitratų kiekis, o atrinktuose mėginiuose taip pat buvo tiriamas amonio, DON ir silicio dioksido kiekis. Nitratas buvo analizuojamas chemiliuminescenciniu aptikimu, redukavus nitratą į NO, naudojant vanadžio chloridą (Garside 1982, Braman ir Hendrix 1989). Amonis buvo matuojamas rankiniu būdu (Solorzano 1969), DON buvo nustatytas po UV oksidacijos (Walsh 1989), o chla buvo analizuojamas kolorimetriškai (Strickland ir Parsons 1972). Ištirpęs silicio dioksidas buvo analizuojamas Merilendo universiteto Horn Point aplinkos laboratorijoje, naudojant molibdato mėlynąjį metodą (Strickland ir Parsons 1972), modifikuotą naudoti su autoanalizatoriumi. PON koncentracija apskaičiuota masių spektrometriniu azoto kiekio nustatymu ant GFIF filtrų.

Azoto izotopinės amonio ir nitrato kompozicijos buvo išmatuotos naudojant amoniako difuzijos procedūros modifikacijas (Sigman ir kt., 1997, Holmes ir kt., 1998). Norėdami įvertinti DON izotopinę sudėtį, išmatavome [delta][N.sup.15]-TDN ir apskaičiavome [delta][N.sup.15]-DON, naudodami išmatuotas vertes (žr. kitą pastraipą) ir nitratų bei amonio koncentracijas. . PON izotopų sudėtis buvo nustatyta deginant visą 25 mm filtrą. Fitoplanktonas buvo atskirtas nuo detrito prieš izotopinę analizę, naudojant procedūrų derinį, įskaitant diferencinį filtravimą, centrifugavimą ir detrito pašalinimą rankiniu būdu.

Azoto izotopų sudėtis matuota Jūrų biologijos laboratorijos Stabilių izotopų laboratorijoje. Izotopinės kompozicijos išreiškiamos standartiniu [delta] žymėjimu, kur [delta][N.sup.15] = [([R.sub.SA]/[R.sub.ST]) - 1] X [10.sup. 3], R = [N.sup.15]/[N.sup.14], o rezultatai išreiškiami kaip % [MATEMATINĖ IŠRAIŠKA NEATKURTOJAMA ASCII] mėginio (SA) nuokrypis nuo standarto (ST), [ N.sub.2] atmosferos ore ([delta][[N.sup.15].sub.AIR] = 0 %[MATEMATINĖ IŠRAIŠKA NEATKURTOJAMA ASCII]). Šiame darbe [delta] vertės buvo standartizuotos atėmus natūralaus gausumo [delta][N.sup.15] vertę panašių mėginių, surinktų prieš izotopų pridėjimą, jei nenurodyta kitaip. Todėl standartizuotos reikšmės ([delta][[N.sup.15].sub.t], o raidė „t“ reiškia „tracer“) atspindi žymeklio turinį.

Norėdami įvertinti pridėto atsekamojo elemento likimą, apskaičiavome atsekamojo azoto atsargas viršutiniame 5 km estuarijos pagrindiniams ekosistemos komponentams, kurie praturtėjo [N.sup.15]. Buvo atlikti nitratų, PON, zooplanktono, žuvų (akmenių, baltųjų čiulptukų, mumichogų), žolinių krevečių, bentoso vartotojų (grupinės klasės, įskaitant purvo krabus, amfipodus, oligochetus, daugiašakius, ostrakodus ir kitus bentosinius organizmus) ir bentoso nuosėdų įvertinimai. Biotos izotopinio sodrėjimo įverčiai buvo atlikti maksimalaus sodrėjimo laikotarpiu ir yra pasiekiami (0-5 kinų) vidurkiai. Atsekamosios medžiagos sodrinimas nuosėdose buvo įvertintas pagal paviršinius nuosėdų įbrėžimus ir nuosėdų šerdies sodrinimą izotopais. Paviršiniai nuosėdų mėginiai buvo paimti mentele nugrandant viršutinius 2–3 mm nuosėdų nuo 50–100 [cm.sup.2] tarptatinio dumblo krantų arba potvynių griebimo mėginius. Nuosėdų įbrėžimai buvo gauti prieš ir po žymeklio pridėjimo.

PON atsekamojo azoto atsargos buvo išsamiai ištirtos, kad padėtų mums suprasti atsekamosios medžiagos, kurią kažkada asimiliavo fitoplanktonas, likimą. Mes naudojame PON izotopinį sodrinimą kaip fitoplanktono tarpinį serverį (naudodami atitinkamas mastelio keitimo funkcijas), nes mūsų [[N.sup.15].sub.t]-PON duomenų rinkinys yra daug platesnis nei [[N.sup. 15].sub.t]-fitoplanktonas. Palyginus atsekamosios medžiagos N ​​atsargas PON su kaupiamuoju žymeklio kiekiu, kuris pateko į PON, pagal masės balansą galime apskaičiuoti [[N.sup.15].sub.t]-PON praradimo greitį nuo planktonas.

Norėdami įvertinti advekcinį žymeklio srautą žemyn estuarijoje, apskaičiavome įvairių vandens stulpelio komponentų vidutinę koncentraciją ir [[N.sup.15].sub.t] ties pasiekiamumo riba (5 km) ir padauginome šių verčių rezultatas iš upės debito. Mes padvigubinome advekcinį srautą, kad įvertintume bendrą srautą (advektyvus ir dispersinis). Apskritai šis protokolas šiek tiek pervertina žymeklio pernešimą žemyn estuarijomis, nes esant didesniam nei 0,1 [m.sup.3]/s upės debitui, advekcinis srautas viršija dispersinį srautą 5 km viršutinės žiočių vietoje (J. Vallino, asmeninis bendravimas).

Gėlavandenės Parkerio upės debitas nuo 1996 m. rugpjūčio 1 d. iki spalio 1 d. svyravo nuo [mažiau nei]0,1 [m.3]/s iki [daugiau nei]2,5 [m.3]/s (2A pav.). Izotopų papildymo metu (rugpjūčio 6–rugsėjo 1 d.) upės debitas palaipsniui mažėjo nuo 0,26 iki 0,03 [m.sup.3]/s. Nitratų koncentracija gėlavandenėje Parkerio upėje buvo atvirkščiai susijusi su upės debitu ir svyravo nuo [tilde]4 iki 16 [mikro]mol/L, o amonio koncentracija visada buvo [mažiau nei]4 [mikro]mol/L (2B pav.). . Išsamesnis, daugiametis duomenų rinkinys, surinktas vykdant Parker River/Plum Island Sound Land Margin Ecosystem Research (LMER, dabar LTER) [5] projektą, taip pat nustatė, kad amonio kiekis nuolat yra [mažiau nei]4 [mikro]mol/l. Riverine DIN srautas per 2 mėn. laikotarpį svyravo nuo 86 iki 1262 mol/d (2C pav.). Ištirpusio silicio dioksido koncentracija upės vandenyje 1996 m. vasarą svyravo nuo 107 iki 196 [mikro]mol/L (n = 4, vidurkis = 129,5 [mikro]mol/L). Darant prielaidą, kad vidutinė DIN koncentracija yra 13,9 [mikro]mol/L, vidutinis Si:DIN santykis upės vandenyje buvo 9,3:1.

Buvimo laikas, gylis, laidumas ir ištirpęs deguonis žymeklio pridėjimo vietoje

Hidrologinė buvimo trukmė viršutinėje estuarijoje svyravo nuo 1 iki 16 d per 2 mėnesių tyrimo laikotarpį ir vidutiniškai [tilde] 12 d per izotopų pridėjimo laikotarpį (3A pav.). Hidrologinis buvimo laikas buvo didžiausias rugpjūčio pabaigoje, kai upės debitas buvo mažiausias, bet greitai sumažėjo iki 1 d po audros rugsėjo viduryje.

Vandens stulpelio gylio įrašas rodo, kad izotopų pridėjimo laikotarpiu pelkės užtvindytos retai (3B pav.). Vandens stulpelio gylis taip pat iliustruoja potvynių asimetriją viršutinėje žiočių dalyje tiek aukščio, tiek potvynių laiko atžvilgiu. Iš eilės atoslūgių aukštis svyravo, dažnai net 20–30 cm. Nuo 1996 m. rugpjūčio 1 d. iki rugsėjo 1 d. vidutinis laikas nuo atoslūgio iki atoslūgio buvo 6 val. 52 min., o potvynių – 5 val. 33 min. Per tą patį laikotarpį vidutinė potvynio amplitudė buvo 2,68 m, diapazonas 2,08–3,13 m. Maža 2,08 m potvynio amplitudė rugsėjo 18 d. buvo susijusi su didele audra (3B pav.).

Upės debitas, potvynio stadija ir amplitudė kontroliuoja druskos kiekį (elektros laidumą) vandenyje izotopų pridėjimo vietoje (3C pav.). Beveik visą rugpjūčio mėnesį atoslūgio metu izotopų pridėjimo vietoje esantis vanduo iš esmės buvo gėlo vandens, o laidumas potvynio metu buvo įvairesnis. Rugpjūčio pradžioje potvynių ir atoslūgių laidumas pasiekė [tilde] 10 mS/cm, bet keletą ateinančių dienų sumažėjo, nes sumažėjo potvynių amplitudės ir mažiau vandenyno vandens buvo transportuojama į viršų estuarijos kryptimi. Iki rugpjūčio pabaigos didelių atoslūgių ir mažo gėlo vandens patekimo (ilgo hidrologinio buvimo laiko) derinys lėmė didžiausią tyrimo laikotarpio laidumą, [tilde]22 mS/cm (beveik 50 % jūros vandens). Nedidelė audra pirmąją rugsėjo savaitę šiek tiek sutrumpino buvimo laiką ir išstūmė šiek tiek druskos iš viršutinės žiočių, o didelė rugsėjo 18 d. audra viršutinės žiočių vandens masę beveik visiškai pakeitė gėlu vandeniu.

Ištirpusio deguonies koncentracija vandenyje izotopų pridėjimo vietoje svyravo nuo [tilde] 4 iki 11 mg/L (3D pav.). Didžiąją [N15] pridėjimo laikotarpio dalį kiekvieną popietę buvo vienas didelis DO pikas, atitinkantis didžiausios fotosintezės deguonies gamybos laikotarpį. Tačiau nuo rugpjūčio 1 iki 4 d., rugpjūčio 27 d. iki rugsėjo 7 d. ir rugsėjo 18 d. iki tyrimo pabaigos diel DO svyravimai buvo labai susilpnėję ir vietoj vieno didelio vidurdienio maksimumo kiekvieną dieną buvo du mažesni DO smailės. Šios smailės nepriklauso nuo paros laiko, bet buvo susijusios su atoslūgiais. Sumažėję diel DO svyravimai rugpjūčio pradžioje ir rugsėjo pabaigoje buvo susiję su hidrologiniu buvimo laiku viršutinėje žiočių dalyje [mažiau nei] 6 d. Nuo rugpjūčio pabaigos iki rugsėjo pradžios susilpnėję DO svyravimai buvo koreliuojami su pelkių potvyniais ir dideliu uragano Eduardo debesuotumu.

Maistinių medžiagų, chlorofilo ir PON erdvinis pasiskirstymas viršutinėje žiočių dalyje

Transektų mėginiai apibendrinami naudojant duomenis iš keturių reprezentatyvių laikotarpių: prieš papildymą (liepos 30 30–rugpjūčio 4 d.), vidurio pridėjimą (rugpjūčio 13 d.), vėlyvą (rugsėjo 1 d.) ir po pridėjimo (rugsėjo 12 d.). Nitratai paprastai pateko į estuariją 5–15 [mikro]mol/L koncentracijos, tačiau per pirmuosius kelis kilometrus nuo žiočių sumažėjo iki [mažiau nei] 1 mikromol/L (4 pav.). Toliau žiotyse, paprastai 5–7 km atstumu nuo užtvankos, nitratų koncentracija dažnai didėjo iki 3–5 [mikro]mol/L, kaip matyti rugpjūčio 13 ir rugsėjo 12 d. Eksperimento metu nitratų koncentracija izotopų pridėjimo vietoje buvo [mažiau] 1 [mikro]mol/L (5 pav.). Amonio koncentracija paprastai buvo [mažiau] 2 [mikro]mol/L viršutiniuose žiočių keliuose kilometruose, bet padidėjo žemyn estuarijoje (4 pav.). Rugsėjo 1 ir 12 d. amonio duomenų nėra, tačiau keturių papildomų transektų duomenys, paimti papildymo metu, rodo panašų modelį kaip ir rugpjūčio 13 d.

PON koncentracija paprastai buvo didžiausia (maksimali [tilde] 50 [mikro]mol/L viršutiniame žiočių gale ir erdvėje bei laiko atžvilgiu glaudžiai sekė chla (4 pav.). Chlorofilas a paprastai buvo didžiausias 20-100 /L ir sumažėjo iki [tilde] 5 [mikro]g/L pasroviui tyrimo pasiekiamumo gale (4 pav.).

Nitratų, amonio, PON ir fitoplanktono izotopinė sudėtis

Didelis atsekamųjų medžiagų sodrinimas buvo matuojamas nitratais, bet ne amoniu. Natūralus amonio ir nitrato gausos lygis prieš eksperimentinį pridėjimą [delta][N.15]-[[NO.3].sup.-] svyravo nuo 0,4 iki 4,4 % [MATEMINĖ IŠRAIŠKA NEATGURINAMA ASCII] (liepos 26 d., n = 3 pavyzdžiai) ir [delta][N.sup.15]-[NH.sub.4].sup.+] svyravo nuo -1,4 %[MATEMATINĖ IŠRAIŠKA NEPAKARTOJAMA ASCII] iki 2,1 %[MATEMATINĖ IŠRAIŠKA NEATKURTOJAMA ASCII] (rugpjūčio 4 d., n = 3 pavyzdžiai). Kad nebūtų imtas „nesumaišytas“ izotopų / rodamino tirpalo mėginys netoli žymeklio pridėjimo taško, mėginiai, paimti 2 km atstumu, visada buvo renkami žymeklio pridėjimo taško „aukštesnės srovės“ pusėje. Todėl 2 km stotyje nepastebėjome itin didelių [delta][N.sup.15].sub.t]-[NO.sub.3].sup.-] verčių, kaip būtų galima tikėtis, jei būtume paėmę mėginius iš karto nuleidžiama lašelinės srovė. Per atoslūgius (rugpjūčio 6 ir 19 d.) mėginių ėmimo stotyje, esančioje tiesiai į jūrą nuo izotopo, buvo pastebima didelė [[N.sup.15].sub.t]-[[NO.sub.3].sup.-] koncentracija. papildymo vieta (6A pav.). Be to, rugpjūčio 19 d. aukščiausioje mėginių ėmimo stotyje buvo rastas žemo lygio [tilde] 6 % [MATHEMATINĖ IŠRAIŠKA, NEATGAUKTA ASCII]. Per rugpjūčio 13 d. potvynį galėjome išanalizuoti tik nitratų izotopų kiekį mėginiuose, esančiuose į jūrą nuo izotopų pridėjimo vietos, nes likusiuose mėginiuose nitratų koncentracija buvo per maža analizei, o nė vieno iš tų mėginių, kuriuos negalėjome išanalizuoti. turėjo esminį [[N.sup.15].sub.t]-[[NO.sub.3].sup.-] praturtėjimą. Rugpjūčio 21 d. potvyniui [[N.sup.15].sub.t]-[[NO.sub.3].sup.-] buvo praturtintas visose trijose vietose, kur nitratų koncentracijos pakako analizei. [N.sup.15]-[[NH.sub.4].sup.+] mėginiai, paimti praėjus beveik 2 savaitėms po to, kai buvo pradėtas papildyti žymekliu, viršutiniuose 4 km estuarijos sodrinimo metu buvo mažai arba visai nepasodrėjo, tačiau akivaizdus atsekamosios medžiagos sodrinimas 9,5 %[MATEMATINĖ IŠRAIŠKA NEATKURTOJAMA ASCII] 5 km atstumu ir išliko pakilusi apatiniuose 5 km nuo tyrimo vietos (6B pav.). Tačiau nesame tikri, ar šis sodrinimas atspindi mūsų atsekamosios medžiagos pridėjimą, ar yra atsakingi natūralūs procesai, tokie kaip frakcionavimas nitrifikacijos metu.

Natūralus [delta][N.sup.15]-PON gausa prieš pridėjus žymeklį (mėginiai paimti rugpjūčio 4 d.) sumažėjo nuo 5,4 %[MATEMATINĖ IŠRAIŠKA NEATGURDAMI ASCII] žiočių gale iki 2,3 %[MATEMATINĖ IŠRAIŠKA NE ATGARDUOJAMAS ASCII] 10 km žemiau užtvankos. Norėdami nustatyti sodrinimą dėl žymeklio ([delta][[N.sup.15].sub.t]-PON), darome prielaidą, kad [delta][N. sup.15]-PON. Dėl to žiočių viršūnėje [delta][[N.sup.15].sub.t]-PON gali būti pervertinta 2–3 % [MATEMATINĖ IŠRAIŠKA, NEATKURTOJAMA ASCII], tačiau tai neturės įtakos rezultatams ir išvados, atsižvelgiant į palyginti didelę PON etiketę.

Pridėtas [[N.sup.15].sub.t]-[[NO.3].sup.-] buvo greitai įtrauktas į PON (7 pav.). Praėjus 10 val. nuo pridėjimo pradžios, [delta] [[N.sup.15].sub.t]-PON pasiekė 11 %[MATEMATINĖ IŠRAIŠKA NEATKURTOJAMA ASCII] ir padidėjo iki 19 %[MATEMATINĖ IŠRAIŠKA NEATGURINAMA IN ASCII] dar po 10 val. Per 54 valandas nuo pridėjimo pradžios β [[N.sup.15].sub.t]-PON pasiekė didžiausią 61 % vertę [MATEMATINĖ IŠRAIŠKA NEATKURTOJAMA ASCII]. Apskritai per ateinančias tris savaites [delta] [[N.sup.15].sub.t]-PON buvo [didesnis nei]30 %[MATEMATINĖ IŠRAIŠKA NEATKURTOJAMA ASCII] viršutiniame 3–4 km upės žiotys ir nukrito žemiau 15 %[MATEMATINĖ IŠRAIŠKA NEATKURTOJAMA ASCII] sodrinimo 5 km. Nutraukus atsekamosios medžiagos pridėjimą rugsėjo 1 d., [delta] [[N.sup.15].sub.t]-PON greitai sumažėjo, nors tam tikras sodrėjimas viršutinėje žiočių dalyje buvo akivaizdus mažiausiai iki rugsėjo 20 d.

Mūsų didžiausias transektų mėginių rinkinys buvo surinktas 1996 m. rugpjūčio 19 d., ir mes pateikiame šiuos duomenis, kad būtų lengviau palyginti įvairius vienu metu surinktus mėginius. Mėginių ėmimas prasidėjo 10 km stotyje paskutinę potvynio valandą ir buvo baigtas [tilde] 2 val. po atoslūgio. Vandens temperatūra buvo santykinai pastovi ([tilde]25°C) visame pasiekiamame plote, tačiau laidumas svyravo nuo gėlo vandens aukščiausioje mėginių ėmimo vietoje iki 75 % jūros vandens kiekio 10 km atstumu (8A pav.). Žydėjimas (daugiausia A. normanii) buvo viršutinėje estuarijoje, o chla didžiausias buvo [tilde] 30 [mikro] g/l 1 km mėginių ėmimo vietoje (8B pav.). Ištirpęs silicio dioksidas pateko į estuariją 196 [mikro]mol/L. bet jo koncentracija nukrito iki [mažiau nei]2 [mikro]mol/L pirmame žiočių kilometre, o silicio dioksido minimumo vieta atitiko chla maksimumą. Didžioji dalis bendro azoto viršutinėje žiočių dalyje buvo DON, o PON paprastai yra antra pagal gausumą forma (8C pav.). Bendra azoto (PON, DON, DIN) koncentracija sumažėjo nuo [tilde]70 [mikro]mol/L gėlavandenėje Parkerio upėje iki [mažiau nei]25 [mikro]mol/L 10 km atstumu. Neorganinio azoto koncentracija buvo labai maža netoli fitoplanktono žydėjimo, bet padidėjo 5–10 km stotyse.

Buvo matomi trys erdviniai žymeklio sodrinimo modeliai, pvz., (1) nitratai, (2) fitoplanktonas ir PON ir (3) amonis (8 pav.). Rodamino pasiskirstymas parodo, kaip pasiskirstytų [[N.15].sub.t]-[[NO.3].sup.-], jei nevyktų biologinis įsisavinimas ar regeneracija. [delta] [[N.sup.15].sub.t]-[[NO.sub.3].sup.-] 3 km mėginių ėmimo vietoje parodė staigų piką, tačiau kitur sodrinimas buvo santykinai mažas arba jo visai nebuvo (1 pav. . 8D). Palyginimas su rodaminu rodo, kad [[N.sup.15].sub.t]-[[NO.sub.3].sup.-] elgėsi ne konservatyviai (8D pav.), panašią išvadą rodo greitas mažėjimas nitratų koncentracija viršutiniame žiočių kilometre (8C pav.). Fitoplanktono ir PON atsekamųjų medžiagų sodrinimas pasiekė aukščiausią tašką ties 1 km ir greitai mažėjo tiek aukštyn, tiek žemyn estuarijos kryptimis (8E pav.). Rugpjūčio 19 d. išgryninti fitoplanktono mėginiai pasiekė didžiausią žymeklio praturtėjimą [tilde] 43 % didesnį nei PON. Viršutiniuose 4 km estuarijos dalyje amonio sodrinimas yra nedidelis arba visai nėra, nors žiočių žemupiuose galėjo būti sodrinimo (8D pav.). [delta][N.sup.15]-TDN pasiekė 11,2 %[MATEMATINĖ IŠRAIŠKA NEATKURTOJAMA ASCII] nuvažiavus 3 km (duomenys nerodomi), tačiau buvo apskaičiuotas [delta][[N.sup.15].sub. t]-DON, atsižvelgiant į amonio ir nitrato delta vertes ir koncentracijas, parodė, kad [delta][[N.sup.15].sub.t]-DON buvo [mažiau nei]3 %[MATEMATINĖ IŠRAIŠKA NEPAKARTOJAMA ASCII].

Pasibaigus izotopų pridėjimo laikotarpiui, daugiausia atsekamosios medžiagos buvo oligohalininėse nuosėdose (1 lentelė, 9 pav.). Didžiausias vandens stulpelio atsekamųjų medžiagų kiekis buvo PON, o bentoso vartotojų nuolatinis atsekamųjų medžiagų kiekis buvo maždaug toks pat, kaip ir PON. Zoologijos sodas, planktonas, krevetės ir žuvys buvo gana nesvarbūs atsekamosios medžiagos laikymui.

Izotopų pridėjimo laikotarpiu PON koncentracija paprastai buvo 20–30 [mikro]mol/L (10A pav.) ir vidutinis pasiekiamumo vidurkis [delta][[N.sup.15].sub.t]-PON (išskyrus Pirmosios 2 d. pridėjimo) buvo 29,3 % [MATEMATINĖ IŠRAIŠKA NEPAKARTOJAMA ASCII] (10B pav.). Palyginimui, vidutinis pasiekiamumo vidurkis [delta][[N.sup.15].sub.t]-fitoplanktonas buvo 49,3 % [MATEMATINĖ IŠRAIŠKA NEPAKARTOJAMA ASCII]. Visomis mėginių ėmimo dienomis, išskyrus vieną, atsekamosios medžiagos masė PON buvo mažesnė arba lygi pridėtam [[N.sup.15].sub.t]-[[NO.sub.3].sup.-] kiekiui kiekvieną dieną (10C pav.). Išimtis buvo rugpjūčio 8 d., kai atsekamosios medžiagos masė PON pasiekė [daugiau nei]9 g. Išskyrus kelias pirmąsias pridėjimo dienas, PON buvo tik nedidelė dalis kaupiamosios žymeklio [N.sup.15] masės, kuri buvo pridėta (10D pav.). [[N.sup.15].sub.t]-PON eksportas į apačią buvo [mažiau nei] 6 g izotopų pridėjimo laikotarpiu, o tai rodo, kad PON greitai nusėdo viršutinėje žiočių dalyje.

Eksperimentinis [N.sup.15]-[[NO.sub.3].sub.-] pridėjimas prie Parkerio upės žiočių davė keletą naujų įžvalgų apie ekosistemos funkcionavimą. Pirma, mes sugebėjome parodyti, kad didžioji dalis upių nitratų, patenkančių į estuariją, iš pradžių buvo apdorota planktoninių diatomų (daugiausia Actinocyclus normanii), kurie sudaro produktyvaus oligohalininio maisto tinklo pagrindą. Be to, izotopiškai prisodrinto nitrato dydis ir erdvinis pasiskirstymas parodė, kad nitratų apykaita buvo labai greita net po to, kai iš pradžių buvo pašalintas upių nitratas. Fitoplanktono azoto poreikis gerokai viršijo upių pasiūlą, o didžiausią skirtumą sudarė bentoso azoto srautai. Be toliau pateiktų įrodymų, kad papildomas azotas nebuvo prisodrintas izotopiškai, būtume pervertinę perdirbimo vandens storymėje reikšmę. Taip pat galėjome ištirti azoto, eksportuojamo iš viršutinės žiočių, kaip DIN, DON ir PON, kilmę. Nors vasarą didžioji dalis upių nitratų (ir nitratų atsekamosios medžiagos) buvo išlikę viršutinėje žiočių dalyje, didžioji dalis eksportuotų atsekamųjų medžiagų buvo PON pavidalu. Izotopų pridėjimo eksperimentas padėjo mums įvertinti, kurie skyriai viršutinėje žiočių dalyje buvo svarbiausi upių nitratams-N laikyti, o bentoso nuosėdos buvo pagrindinė saugojimo zona. Galiausiai, mūsų supratimas apie trofinę ekosistemos struktūrą buvo labai patobulintas, sekant žymeklį maisto tinkleliu (Hughes ir kt., 2000).

Pradinis žymeklio apdorojimas

Nors upės nitratas gali tekėti įvairiais būdais per upių žiočių ekosistemą, pradinis jo ir [N.sup.15] žymeklio likimas tipiškomis vasaros žemo tėkmės sąlygomis Parkerio upės žiočių viršutinėje dalyje buvo asimiliuotas fitoplanktono. Kiti būdai, įskaitant bentoso diatomų, makrodumblių, bakterijų ir pelkių augmenijos asimiliaciją bei nuostolius dėl denitrifikacijos ir eksporto į žiočių žemupį, šio eksperimento metu buvo palyginti nedideli.

Tiek fitoplanktono (4 pav.), tiek masinio PON (7 pav.) sodrinimas izotopais rodo, kad pelaginės diatomės greitai įtraukė nitratų žymeklį. Praėjus trims dienoms po izotopų pridėjimo, PON galėjome sudaryti [tilde]75 % pridėto atsekamosios medžiagos (10D pav.). Priešingai, kituose išmatuotuose baseinuose atsekamųjų medžiagų susikaupimas buvo nereikšmingas netrukus po to, kai buvo pradėtas atsekamosios medžiagos pridėjimas. Kadangi diatomų apykaitos laikas buvo [tilde] 1 d., trečią papildymo dieną fitoplanktonas jau būtų praradęs nemažą kiekį atsekamosios medžiagos. Todėl net daugiau nei 75 % [N.sup.15]-[[NO.sub.3].sup.-] žymeklio iš pradžių turėjo būti asimiliuoti fitoplanktono.

Spartus silicio dioksido koncentracijos mažėjimas (8B pav.) rodo didelį silicio dioksido poreikį (vidutinis silicio dioksido koncentracijos sumažėjimas viršutiniame 1 km estuarijos aukštyje rugpjūčio 19 d. ir rugpjūčio 27 d. buvo 182 [mikro]mol/L). Naudodami laidumą upės ir vandenyno vandens maišymui įvertinti, nustatėme, kad tik [tilde]10–20 [mikro]mol/L sumažėjimo priežastis yra maišymasis su mažai silicio dioksido turinčiu vandenyno vandeniu. Kadangi DIN koncentracija gėlavandenėje Parkerio upėje buvo [tilde] 16 [mikro]mol/L, kai buvo paimti silicio dioksido mėginiai ir darant prielaidą, kad diatomų Si:N molinis santykis yra 1:1 (Redfield ir kt., 1963), Siekiant atsižvelgti į pastebėtą silicio dioksido išeikvojimą, diatomams reikėjo mažiausiai 146 [mikro] mol/LN, be upės DIN įvesties. Todėl tik [tilde]10 % planktono azoto poreikio būtų patenkinti tiesiogiai naudojant upių DIN įvestis.

Stechiometrinis fitoplanktono azoto poreikio įvertinimas, pagrįstas chla koncentracija, taip pat rodo, kad DIN poreikis gerokai viršija upių tiekimą. Izotopų pridėjimo metu vidutinė chla koncentracija vandenyje, praeinančiame pro pridėjimo vietą su kiekvienu potvyniu, buvo 34,8 μg/l. Darant prielaidą, kad azoto apykaitos laikas fitoplanktone yra 1 d (Eppley 1972), C ir Chla masės santykis yra 50:1 (Antia ir kt., 1963, Eppley 1972), o C:N molinis santykis fitoplanktone yra 7: 1 (Redfield, 1958), azoto poreikis fitoplanktonui 130 000 [m.sup.3] potvynio tūryje buvo 2693 mol/d. Vidutinis DIN srautas virš užtvankos izotopų pridėjimo metu buvo 240 mol/d (2C pav.), o tai rodo, kad tik [tilde]9% fitoplanktono N poreikio buvo patenkinti tiesioginiu vandens baseino DIN pasisavinimu.

Galutinis fitoplanktono DIN poreikio įvertinimas pagrįstas ŽVP. A. normanii žydėjimo metu viršutinėje žiotyse GPP vidurkis [tilde]2 g C [m.sup.-2]*[d.sup.-1] (J. Vallino, asmeninis bendravimas). Jei darysime prielaidą, kad grynoji pirminė gamyba (AE) buvo pusė ŽVP (Peterson 1980), o C:N molinis santykis fitoplanktone buvo 7:1, apskaičiuosime, kad fitoplanktono DIN poreikis yra tik 2282 mol/d [tilde]10 %. iš kurių būtų galima patenkinti tiesiogiai naudojant upių DIN.

Nors ankstesni apskaičiavimai rodo, kad tiesioginis upių DIN patekimas patenkina tik [tilde]10 % fitoplanktono azoto poreikio, vasarą upės DIN patekimo gali pakakti fitoplanktono poreikiams patenkinti, jei diatomė N būtų greitai perdirbama vandens storymėje. nepriklausomai nuo silicio dioksido. Jei diatomų silicio bandymai ištirptų tik lėtai, o azotas būtų greitai perdirbamas, silicio dioksido koncentracija galėtų būti sumažinta labiau, nei būtų įmanoma, jei azotas ir silicio dioksidas cirkuliuotų tokiu pat greičiu (Schelske ir Stoermer, 1971, Schelske ir kt., 1983). , Doering ir kt., 1989, Conley ir kt., 1993). Daugelis tokių ciklų gali būti užbaigti per tipišką diatomų buvimo viršutinėje žiotyse laiką, o silicio dioksidas gali būti išeikvotas greitai perdirbant upių DIN. Be izotopinio žymeklio būtų buvę sunku paneigti šią hipotezę. Tačiau, jei ši hipotezė būtų teisinga, galėtume prognozuoti, kad amonio ir (arba) nitrato sodrinimas izotopais labai imituotų fitoplanktono sodrinimą, bet koks DIN, esantis šalia diatomijos žydėjimo, būtų perdirbtas iš izotopiškai praturtintų diatomų. Izotopų duomenys nepatvirtina šios hipotezės (5 ir 8D, E pav.). Vietoj to, viršutinėje estuarijoje amonio sodrinimas buvo nedidelis arba visai neprisodrintas, o nitratai buvo iš esmės prisodrinti tik tose mėginių ėmimo vietose, kurios neseniai praėjo pro izotopų pridėjimo vietą.Staigus smailė [delta] [[N.sup.15].sub.t]-[[NO.sub.3].sup.-] rodo, kad nitratas buvo asimiliuojamas labai greitai ir kad nitratas nebuvo tiekiamas. izotopiškai praturtintas. Todėl greitas diatomo-N perdirbimas ir lėtesnis silicio dioksido tirpimas neatsižvelgia į didelį silicio dioksido išeikvojimą. Vietoj to, diatomė-N kartu su žymekliu-N turėjo būti veiksmingai ir greitai pašalinta iš vandens stulpelio.

Dar vienas požymis, kad planktoninės diatomos labiausiai prisidėjo prie visos ekosistemos metabolizmo ir azoto įsisavinimo viršutinėje žiočių dalyje, yra ištirpusio deguonies koncentracijos įrašai izotopų pridėjimo vietoje, kuri, atrodo, yra susijusi su fitoplanktono gausa. Kai chla buvo didelis po rugpjūčio 5 d., buvo ryškus diel DO kitimas (3D pav.). Priešingai, iki rugpjūčio 4 d. ir po rugsėjo 18 d., chla koncentracija viršutinėje žiočių dalyje buvo maža ([mažiau nei] 10 [mikro] g/l), o DO diel svyravimai buvo labai susilpnėję. Be to, kai diatomų žydėjimas buvo nuplaunamas iš viršutinės žiočių anksčiau vasarą didelio debito metu, diel DO svyravimai ir nitratų išeikvojimas viršutinėje žiočių dalyje taip pat labai sumažėjo (R. M. Holmes, neskelbti duomenys).

Net ir esant akivaizdžiai koreliacijai tarp fitoplanktono gausos ir vandens stulpelio DO, gali būti, kad pirminiai gamintojai, išskyrus fitoplanktoną, vaidino svarbų vaidmenį visos sistemos metabolizme ir DIN įsisavinime. Pavyzdžiui, bentoso diatomės buvo potvynių dumblo krantuose. Tačiau bentoso diatomų sodrinimas izotopais atsiliko nuo fitoplanktono 2 sav. (Hughes ir kt., 2000). Atsižvelgiant į šį didelį vėlavimą, jie negalėjo būti svarbūs iš pradžių pašalinant [N.sup.15]-[[NO.sub.3].sup.-] žymeklį iš vandens stulpelio, o vietoj to, greičiausiai, jie gavo savo etiketę po to, kai praturtintų, nusodintų organinių medžiagų, išleidžiamų [[N.sup.15].sub.t]-[[NH.sub.4].sup.+], remineralizacija į paviršinius nuosėdų porų vandenis. Ši išvada atitinka beveik visišką PON (fitoplanktono) atsekamosios medžiagos įsisavinimą vandens stulpelyje. Kiti pirminiai ekosistemos gamintojai gali būti atmesti, nes jų arba nebuvo dideliais kiekiais (pvz., makrodumbliai), arba jie nebuvo veikiami izotopu tol, kol eksperimento pabaigoje neužtvindė pelkė (pvz., Typha).

Likę procesai, galintys sukelti greitą upių nitratų išeikvojimą, yra denitrifikacija ir mikrobų asimiliacija. Denitrifikacija pašalina didelę įeinančio azoto dalį daugelyje estuarijų (Seitzinger 1988), o pašalinamas procentas yra susijęs su hidrologiniu buvimo laiku (Nixon ir kt., 1996). Tačiau du veiksniai prieštarauja denitrifikacijai, kuri yra atsakinga už greitą pradinį nitratų, gautų iš baseino, išeikvojimą viršutinėje Parkerio upės žiotyse. Pirma, nitratų koncentracija viršutiniame vandens stulpelyje paprastai yra maža, todėl difuzinis nitratų srautas į anoksines nuosėdas, tikėtiną denitrifikacijos vietą, taip pat yra mažas. Antra, mažas plotas ir trumpas laikas, per kurį vandens storymėje yra prisodrinto [[N.sup.15].sub.t]-[[NO.3].sup.-], riboja sąlyčio laikotarpį tarp [ [N.sup.15].sub.t]-[[NO.sub.3].sup.-] ir nuosėdos. Šie argumentai atitinka pastebėtą didžiosios dalies atsekamosios medžiagos pasisavinimą fitoplanktonu per pirmąsias kelias dienas po jo pridėjimo. Todėl darome išvadą, kad tiesioginis vandens kolonėlės nitrato ir žymeklio-nitrato pašalinimas per nuosėdų denitrifikaciją buvo nedidelis. Nors tai nesusiję su pradiniu [[N.sup.15].sub.t]-[[NO.sub.3].sup.-] pašalinimu, vis tiek gali būti, kad galutinis daugelio etikečių likimas buvo denitrifikacija po fitoplanktono asimiliacijos, sedimentacijos, remineralizavimo ir nitrifikacijos.

Didžiausias pastebėtas atsekamųjų medžiagų praturtėjimas planktoninėse bakterijose buvo [tildė] 15 %[MATEMATINĖ IŠRAIŠKA NEATGURDAMI ASCII] (M. Hullar ir D. Pakulski, asmeninis bendravimas), daug mažiau nei fitoplanktono. Remdamiesi bakterijų gamybos apskaičiavimais Parkerio upės žiotyse (Wright ir kt., 1987), apskaičiavome, kad bakterijos pasisavino nitratus [mažiau nei] 5 % fitoplanktono. Todėl bakterijos nebuvo pagrindinė nitratų žymeklio kriauklė.

Fitoplanktono žydėjimo kontrolė

Viršutinėje Parkerio upės žiotyse glaudus ryšys tarp upės išleidimo ir hidrologinio buvimo laiko pabrėžia bendrą hidrologijos svarbą kontroliuojant fitoplanktono dinamiką oligohalininėje zonoje. Per 2 mėn. tyrimo laikotarpį upių debito įtaką fitoplanktonui ryškiausiai iliustruoja rugsėjo 18 d. audra. Iki audros upės debitas buvo mažas ([mažiau nei]0,25 [m.sup.3]/s), o hidrologinės buvimo trukmė viršutinėje žiočių dalyje viršijo 10 d. Planktoninių diatomų padvigubėjimo laikas paprastai yra 1–2 dienos (Eppley 1972), todėl pakako laiko, kad diatomai sugeneruotų kelias kartas, kai jie gyvena oligohalininėje zonoje, o tai atitinka pastebėtą chlorofilo maksimumo buvimą. Tačiau rugsėjo vidurio audra padidino upės debitą iki [tilde] 2,5 [m.sup.3]/s, o hidrologinis buvimo laikas sumažėjo iki [mažiau nei]2 d (2A ir 3A pav.). DO įrašas (3D pav.) ir nitratų bei chlorofilo koncentracijos viršutinėje estuarijoje rugsėjo 20 d. (duomenys nerodomi) rodo, kad diatomų žydėjimas buvo nuplautas upės žiotimis. Papildomi ankstesnės vasaros duomenys rodo, kad diatomų žydėjimas išsivystė tik tada, kai gėlo vandens patekimas buvo mažesnis nei [tilde]0,5 [m.sup.3]/s, o tai reiškia, kad hidrologinė buvimo trukmė yra [didesnė arba lygi]5 d. Ilgalaikiai iškrovimo duomenys rodo, kad šios sąlygos yra įvykdytos [tilde]150 d. per metus, maždaug nuo birželio vidurio iki spalio mėn. Todėl vidutiniškai žydėjimas yra įmanomas vasarą ir ankstyvą rudenį, bet ne kitais sezonais, todėl nesitikima, kad fitoplanktonas viršutinėje žiočių dalyje pakeis upių nitratus pavasario nuotėkio sezono metu.

Kas riboja diatomijos žydėjimą, kai hidrologinio buvimo laikas viršutinėje žiotyse viršija 5 dienas? Galimybės apima ganyklų vykdomą biotinę kontrolę, šviesos ribojimą, maistinių medžiagų ribojimą ir ląstelių nusėdimą bentoso nuosėdose. Labiausiai tikėtina galimybė yra maistinių medžiagų ribojimas azotu arba silicio dioksidu. Fosforo apribojimas fitoplanktono augimui yra dar viena galimybė, tačiau vasarą viršutinėje estuarijoje ištirpusio neorganinio N:P (molinis santykis) paprastai yra [mažiau nei]5 (žr. Parker River/Plum Island Sound Land Margin Ecosystem Research [LMER, dabar LTER). ] svetainė), [6] rodo, kad P yra daug, palyginti su N. Tiek nitratai, tiek silicio dioksidas patenka į estuariją santykinai didelėmis koncentracijomis, tačiau greitai nukrenta iki potencialiai ribojančio lygio šalia chlorofilo smailės (4 ir 8 pav.). Kadangi silicio dioksidas gali apriboti tik diatomus, gali dominuoti kitos fitoplanktono formos, jei azotas atsinaujintų greičiau.

Kadangi DIN, viršijantį gėlavandenės Parkerio upės tiekiamą DIN, reikalingas dideliam silicio dioksido sumažėjimui, bentoso azoto regeneracija, požeminio vandens patekimas arba sklaida iš vandenyno ar žemutinės žiočių turi suteikti papildomo fitoplanktonui reikalingo azoto. Požeminio vandens patekimas, nors ir nėra gerai apibūdintas šioje sistemoje, tikriausiai nėra didelis, nes gėlo vandens patekimo per užtvanką pakanka, kad būtų galima modeliuoti tirpių medžiagų transportavimą viršutinėje žiočių dalyje (Vallino ir Hopkinson 1998). Bentoso nuosėdose gausu azoto, o išmatuoti srautai, nors ir kintantys, dažnai būna dideli (Hopkinson ir kt., spaudoje). Todėl darome išvadą, kad viršutinėse upių žiočių nuosėdose esančio azoto regeneracija yra pagrindinis papildomo DIN šaltinis, kurio reikia oligohalininėms diatomėms, tačiau požeminis vanduo gali šiek tiek prisidėti. Šių šaltinių suma yra maždaug eilės tvarka didesnė nei DIN srautas, patenkantis per užtvanką, kai žydi. Nors manome, kad oligohalino pasiekiamumas yra gana atvira ekosistema, didžioji dalis pirminių gamintojų azoto poreikio vasarą ir ankstyvą rudenį patenkinama perdirbant bentosines nuosėdas.

Atsekamasis azotas gali būti eksportuojamas į bet kurį iš azoto turinčių vandens storymės komponentų arba per biotos migraciją žemyn į estuariją. Kadangi atsekamųjų medžiagų atsargos biotoje buvo nedidelės (1 lentelė), mažai tikėtina, kad žymeklio migracija ar advekcija faunoje buvo reikšminga. Be to, iš viršutinės estuarijos izotopiškai prisodrinto nitrato iš esmės nebuvo eksportuota, nes 5 km stotyje nitratas nebuvo išmatuojamai prisodrintas žymekliu (6 pav.). PON ir DON buvo likę atsekamųjų medžiagų eksporto vektoriai. Advektyvus ir dispersinis [[N.sup.15].sub.t]-PON pernešimas iš viršutinės žiočių tyrimo laikotarpiu buvo [mažiau nei]6 g (iš 128 g [N.sup.15] [[ N.sub.3].sup.-] pridėta). Be to, kadangi DON koncentracija buvo panaši į PON, bet jos izotopų prisodrinimas buvo daug mažesnis ([mažiau nei]3 % [MATEMATINĖ IŠRAIŠKA NEATGURDAMI ASCII] lyginant su 30 %[MATEMATINĖ IŠRAIŠKA NEATGURDAMI ASCII) yra nereikšmingas atsekamosios medžiagos kiekis. buvo eksportuotas iš pasiekiamumo kaip DON. Todėl atrodo, kad dėl santykinai ilgo hidrologinio buvimo viršutinėje estuarijoje izotopo metu buvo nedidelis bet kokios formos žymeklio pernešimas, tikriausiai dėl PON (įskaitant diatomus) iškritimo į nuosėdas, kuriose buvo rasta daugiausia atsekamųjų medžiagų. (1 lentelė).

Atsekamosios medžiagos, esančios PON, vandens stulpelyje palyginimas su žymeklio srautu į PON patvirtina hipotezę, kad didžioji dalis [[N.sup.15].sub.t]-PON buvo pernešta į nuosėdas. Per pirmąsias kelias papildymo dienas galime atsižvelgti į didžiąją dalį [N.sup.15] žymeklio PON (10D pav.). Tačiau atsekamosios medžiagos atsargos potvynių ir atoslūgių tūryje greitai pasiekia plynaukštę ir yra palyginti mažos, paprastai [mažiau nei]5 g [[N.sup.15].sub.t], (10C pav.), o tai rodo, kad PON apyvartos laikas trumpas ([mažiau nei]1 d.). Kadangi santykinai mažai atsekamojo azoto išskiriama į vartotojus (1 lentelė) arba išvežama į žiotis, atrodo, kad didžioji dalis PON azoto perkeliama į bentoso nuosėdas (11 pav.).

Oligohalininės estuarijų zonos yra regionai, kuriuose sparčiai kinta daugelis fizinių, cheminių ir biologinių kintamųjų (Morris ir kt., 1978, Anderson, 1986, Schuchardt ir Schirmer, 1991, Fichez ir kt., 1992, Rehbehn ir kt., 1993, Schuchardt ir kt. ). Procesai, vykstantys šioje upės ir žiočių sąsajoje, įtakoja medžiagų ir energijos, transportuojamos žiotimis ir į vandenyną, laiką, dydį ir formą. Parker upės žiotyse vasarą daug svarbių maistinių medžiagų ir organinių medžiagų virsmų vyksta viršutiniuose 2–4 km žiotyse. Buvo pranešta apie panašius stebėjimus ir kitose estuarijose, įskaitant San Francisko įlanką (Alpine ir Cloern, 1992, Cloern, 1996), Česapiko įlankos subestuarijas (Anderson, 1986), Šiaurės upės estuariją Masačusetse (Bowden ir kt., 1991) ir keletą Europos sistemų ( Schuchardt ir Schirmer, 1991, Rehbehn ir kt., 1993, Schuchardt ir kt., 1993, Sanders ir kt., 1997). Šiame tyrime naudojama žymeklio pridėjimo technika papildo kitus metodus, susijusius su azoto ciklo žiotyse tyrimu, ir palengvina išsamų azoto ciklų šiose sudėtingose ​​ekosistemose supratimą. Ypatingas visos ekosistemos sekimo metodo pranašumas yra tas, kad jis leidžia vienu metu ištirti azoto transportavimą ir perdirbimą nepažeistoje ekosistemoje, ko neįmanoma pasiekti atliekant tradicinius butelių ar mezokosmoso eksperimentus.

Iš 128 g [N.sup.15], pridėto į estuariją per 27 dienas, fitoplanktone bet kuriuo metu buvo tik [tildė] 5 g (11A pav.). Panašus atsekamosios medžiagos kiekis buvo sekvestruotas bentoso vartotojams. Kitoje biotoje buvo daug mažiau atsekamųjų medžiagų (1 lentelė), nors jie galėjo apdoroti nemažą kiekį atsekamosios medžiagos dėl greitos N apyvartos per tokius procesus kaip zooplanktono ganymas. Tiek upės DIN, tiek nitratų žymeklį iš pradžių asimiliavo fitoplanktonas, o vėliau pernešė į nuosėdas, kai fitoplanktonas ir išmatų granulės nusėdo iš vandens storymės (11 pav.). Kadangi PON stovinčios atsekamosios medžiagos atsargos greitai pasiekė plokščiakalnį (10C pav.), žymeklio srautas į nuosėdas buvo beveik toks pat kaip srautas į PON (11A pav.), nes transportavimas žemyn estuarija buvo minimalus. Atsižvelgiant į didelį azoto telkinį ir ilgą azoto buvimo laiką bentoso nuosėdose, atrodo, kad tyrimo eigoje po fitoplanktono nusėdimo iš nuosėdų pabėgo nedidelis žymeklis. Nors mūsų vertinimas dėl bentoso nuosėdose saugomo žymeklio kiekio yra neaiškus, akivaizdu, kad nuosėdos buvo pagrindinė [[N.sup.15].sub.t] saugojimo zona (1 lentelė). Dalis šio azoto galėjo būti nukreipta į atmosferą kaip [N.sub.2] per susietą asimiliaciją-mineralizaciją-nitrifikaciją-denitrifikaciją, bet negalėjome kiekybiškai įvertinti šio srauto dėl didelės [N.sub.2] atsargos. ] vandens stulpelyje ir greitas jo pasikeitimas su atmosfera, dėl kurio [[N.sup.15].sub.t] [N.sub.2] baseinas praturtėjo žemiau mūsų aptikimo ribos. Taigi, azoto srautas iš oligohalinės zonos per denitrifikaciją yra pagrindinis nežinomas dalykas, kurį reikia toliau tirti.

Atsekamosios medžiagos srautas viršutinėje upių žiočių ekosistemoje (11A pav.) apšvietė masinį azoto judėjimą sistemoje (11B pav.). Mes nustatėme, kad azoto poreikis fitoplanktonui vasarą gerokai viršijo tiesioginį tiekimą iš baseino, o azoto perdirbimas vandens stulpelyje buvo gana nereikšmingas. Vietoj to, didžioji dalis DIN, reikalingo fitoplanktonui, buvo gauta regeneruojant bentoso nuosėdas. Dalis fitoplanktono-N buvo pernešta pelaginiams vartotojams, tačiau dauguma nusėdo į bentosą. Vasaros žydėjimo laikotarpiu N nusėdimo srautas iš vandens storymės į bentosą buvo apytiksliai subalansuotas DIN srautu iš nuosėdų į vandens storymę.

Nors upių DIN pasiūla yra daug mažesnė nei fitoplanktono paklausa vasarą, metiniu mastu upių pasiūla gerokai viršija pirminių gamintojų viršutinėje žiotyse paklausą. Tačiau didžioji dalis upių azoto tiekimo kasmet atsiranda išleidimo metu, o tai užkerta kelią fitoplanktono vystymuisi, todėl DIN pernešamas žiotimis į Plum Island Sound ir Meino įlanką. Nors metinė perspektyva yra svarbi sprendžiant kai kuriuos klausimus, pvz., procentinį azoto sulaikymą kasmet, būtent vasarą apdorojamas azotas skatina produktyvų oligohalininį maisto tinklą. Vasarą apdorojant visus vandens telkinius gautus DIN viršutinėje žiočių dalyje, pabrėžiama šios zonos svarba visos upės žiočių azoto ciklui. Todėl norint gerai suprasti upių žiočių ekosistemų biogeochemiją, reikia įtraukti procesus ir transformacijas, vykstančias santykinai nepakankamai ištirtoje oligohalininėje zonoje.

Tyrimą palaikė NSF-DEB-9407829, EPAR824767010 ir NSF-OCE-921446l. Dėkojame Susan Oleszko-Szuts ir gubernatoriui Dummer akademijai už laboratorinių patalpų naudojimą lauko vietoje, Billui Morrisonui už naudojimąsi savo doku ir Gene Stoermer už diatominių rūšių identifikavimą. Taip pat dėkojame Krisui Tholke už izotopų mėginių paleidimą ekosistemų centre ir už pagalbą šioje srityje, taip pat Joe Vallino, Chuck Hopkinson, Jim McClelland, Hap Garritt, Anne Giblin, Chris Neill, Meredith Hullar, Dean Pakulski, Deana Erdner , Charlie Vorosmarty, Bobbie Sichol, Matt Distler, Raquel Machas, Mike Buchalski ir Claire Peterson už pagalbą ir svarbias įžvalgas per daugelį diskusijų apie projektą. Galiausiai dėkojame „Thermo Environmental Instruments“ už [NO.sub.x] analizatorių nitratų analizei ir dviem anoniminiams recenzentams už konstruktyvius komentarus apie rankraštį.

(1.) Ekosistemų centras, Jūrų biologinė laboratorija, Woods Hole, Masačusetsas 02543 JAV

(2.) Biologijos skyrius, Floridos tarptautinis universitetas, Majamis, Florida, 33199 JAV

(4.) Dabartinis adresas: Luizianos valstijos universiteto Pakrantės ekologijos institutas, Baton Ružas, Luiziana, 70803-7503 JAV.

Alpine, A. E. ir J. E. Cloern. 1992. Trofinė sąveika ir tiesioginis fizinis poveikis kontroliuoja fitoplanktono biomasę ir gamybą upės žiotyse. Limnology and Oceanography 37:946-955.

Anderson, G. F 1986. Silicis, diatomijos ir gėlo vandens produktyvumo maksimumas Atlanto vandenyno pakrantės lygumų estuarijose, Česapiko įlankoje. Estuarine, Coastal and Shelf Science 22:183-197.

Bowdenas, W. B., C. J. Vorosmarty, J. T. Morrisas, B. J. Petersonas, J. E. Hobbie, P. A. Steudleris ir B. Moore'as. 1991. Azoto transportavimas ir perdirbimas potvynio gėlo vandens pelkėje. Vandens išteklių tyrimai 27:389-408.

Bramanas, R. S. ir S. A. Hendrixas. 1989. Nanograminis nitritų ir nitratų nustatymas aplinkos ir biologinėse medžiagose redukuojant vanadį (III) naudojant chemiliuminescencijos aptikimą. Analitinė chemija 61:2715-2718.

Breitburg, D. L., N. Steinberg, S. DuBeau, C. Cooksey ir E. D. Houde. 1994. Mažai ištirpusio deguonies kiekio įtaka plėšrūnams upių žuvų lervoms. Jūrų ekologijos pažangos serija 104:235-246.

Cloern, J. E. 1996. Fitoplanktono žydėjimo dinamika pakrančių ekosistemose: apžvalga su kai kuriomis bendromis pamokomis iš nuolatinio San Francisko įlankos, Kalifornijos, tyrimo. Geofizikos apžvalga 34:127-168.

Conley, D. J., C. L. Schelske ir E. F. Stoermer. 1993. Silicio dioksido biogeocheminio ciklo modifikacija su eutrofikacija. Jūrų ekologijos pažangos serija 101:179-192.

Daueris, D. M., A. J. Rodi ir J. A. Ranasinghe. 1992. Mažai ištirpusio deguonies įvykių poveikis žemutinės Česapiko įlankos makrobentosui. Estuarijos 15:384-391.

Deeganas, L. A. ir R. H. Garrittas. 1997. Estuarijų maisto tinklų erdvinio kintamumo įrodymai. Jūrų ekologijos pažangos serija 147:31-47.

Doering, P. H., C. A. Oviatt, L. L. Beatty, V. F. Banzon, R. Rice, S. P. Kelly, B. K. Sullivan ir J. B. Frithsen. 1989. Struktūra ir funkcija pavyzdinėje pakrantės ekosistemoje: silicis, bentosas ir eutrofikacija. Marine Ecology Progress Series 52:287-299.

Eppley, R. W. 1972. Temperatūra ir fitoplanktono augimas jūroje. Žuvininkystės biuletenis 70:1063-1085.

Fichez, R., T. D. Jickells ir H. M. Edmunds. 1992. Dumbliai žydi esant dideliam drumstumui, dėl prieštaringų turbulencijos pasekmių maistinių medžiagų apykaitai sekliame vandens žiotyse. Estuarine, Coastal and Shelf Science 35:577-592.

Galloway, J. N., W. H. Schlesinger, H. Levy, A. Michaels ir J. L. Schnoor. 1995. Azoto fiksacija: antropogeninis stiprinimas-aplinkos atsakas. Global Biogeochemical Cycles 9:235-252.

Garside, C. 1982. Chemiliuminescencinis metodas, skirtas nanomolinėms nitratų ir nitritų koncentracijoms jūros vandenyje nustatyti. Jūrų chemija 11:159-167.

Harding, L. W. 1994 m.Ilgalaikės fitoplanktono pasiskirstymo Česapiko įlankoje tendencijos: šviesos, maistinių medžiagų ir srauto vaidmuo. Jūrų ekologijos pažangos serija 104:267-291.

Holmes, R. M., J. W. McClelland, D. M. Sigman, B. Fry ir B. J. Peterson. 1998. Matavimas [N.sup.15]-[[NH.sub.4].sup.4] jūrų, upių žiočių ir gėluosiuose vandenyse: amoniako difuzijos metodo pritaikymas mažos amonio koncentracijos mėginiams. Jūrų chemija 60:235-243.

Hopkinsonas, C. S., A. E. Giblinas, J. Tuckeris ir R. H. Garrittas. Spaudoje. Bentoso metabolizmas ir maistinių medžiagų ciklas palei upių žiočių druskingumo gradientą. Estuarijos.

Hopkinsonas, C. S. ir J. J. Vallino. 1995. Ryšys tarp žmogaus veiklos vandens baseinuose ir estuarijose: nuotėkio poveikio upių žiočių bendruomenės metabolizmo modeliams modelis. Estuarijos 18:598-621.

Howarth, R. W. ir kt. 1996. Regioniniai azoto biudžetai ir upių N ir P srautai drenažui į Šiaurės Atlantą: gamtos ir žmogaus įtaka. Biogeochemistry 35:75-139.

Hughesas, J., L. A. Deeganas, B. J. Petersonas ir R. M. Holmesas bei B. Fry. 2000. Azoto srautas per maisto tinklą Naujosios Anglijos žiočių oligohalininėje zonoje. Ecology 81:433-452.

Jorgensen, S. E. 1979. Aplinkos duomenų ir ekologinių parametrų vadovas. Pergamon, Oksfordas, JK.

Justic, D., N. N. Rabalais, R. E. Turner ir Q. Dortch. 1995. Upių dominuojamų pakrančių vandenų maistinių medžiagų struktūros pokyčiai: stechiometrinis maistinių medžiagų balansas ir jo pasekmės. Estuarine, Coastal and Shelf Science 40:339-356.

Justic, D., N. N. Rabalais, R. E. Turner ir W. J. Wiseman. 1993. Sezoninis upių maistinių medžiagų, grynojo produktyvumo ir hipoksijos ryšys. Jūros taršos biuletenis 26: 184-189.

Kelleris, A. A., P. H. Doeringas, S. P. Kelley ir B. K. Sullivanas. 1990. Jaunųjų Atlanto menhadenų, Brevoortia tyrannus (Žuvys: Clupeidae) augimas MERL mezokosmose: eutrofikacijos poveikis. Limnology and Oceanography 35:109-122.

Lee, V. ir S. Olsen. 1985. Eutrofikacija ir valdymas Maistinių medžiagų patekimo į Rod Ailendo pakrantės lagūnas kontrolės iniciatyvos. Estuarijos 8: 191-202.

Malone, T. C., L. H. Crocker, S. E. Pike ir B. W. Wendler. 1988. Upių tėkmės įtaka fitoplanktono produkcijos dinamikai iš dalies sluoksniuotoje žiotyse. Jūrų ekologijos pažangos serija 48:235-249.

Morrisas, A. W., R. F. C. Mantoura, A. J. Bale'as ir R. J. M. Howlandas. 1978. Labai mažo druskingumo estuarijų regionai: svarbios cheminių ir biologinių reakcijų vietos. Nature 274:678-680.

Nixon, S. W. ir kt. 1996. Azoto ir fosforo likimas sausumoje – Šiaurės Atlanto vandenyno jūros pakraštyje. Biogeochemistry 35:141-180.

Nixon, S. W., C. A. Oviatt, J. Frithsen ir B. Sullivan. 1986. Estuarijų ir pakrančių jūrų ekosistemų maistinės medžiagos ir produktyvumas. Pietų Afrikos Limnologijos draugijos žurnalas 12:43-71.

Nixon, S. W. ir M. E. Q. Pilson 1983. Azotas upių žiočių ir pakrančių jūrų sistemose. 565-648 psl. E. J. Carpenter ir D. G. Capone, redaktoriai. Azotas jūros aplinkoje. Academic Press, Niujorkas, Niujorkas, JAV.

Odum, W. E. 1988. Lyginamoji potvynių ir atoslūgių gėlo vandens ir druskingų pelkių ekologija. Ekologijos ir sisteminimo metinė apžvalga 19:147-176.

Peterson, B. J. 1980. Pirminis vandens produktyvumas ir [C.sup.14]-[CO.sub.2] metodas: produktyvumo problemos istorija. Ekologijos ir sisteminimo metinė apžvalga 11:359-385.

Redfield, A. C. 1958. Biologinė cheminių veiksnių kontrolė aplinkoje. American Scientist 46:205-221.

Redfieldas, A. C., B. H. Ketchumas ir F. A. Richardsas (1963). Organizmų įtaka jūros vandens sudėčiai. 26-77 puslapiai M. N. Hill, red. Jūra. 2 tomas. John Wiley and Sons, Niujorkas, Niujorkas, JAV.

Rehbehn, R., B. Schuchardt, M. Schirmer ir G. O. Kirst. 1993. Actinocyclus normanii (Bacillariophyceae) paplitimas estuarijose: lauko stebėjimai ir laboratoriniai tyrimai. Netherlands Journal of Aquatic Ecology 27: 205-214.

Sandersas, R., C. Kleinas ir T. Jickellsas. 1997. Biogeocheminis maistinių medžiagų ciklas viršutiniame Great Ouse estuary, Norfolkas, JK Estuarine, Coastal and Shelf Science 44:543-555.

Schelske, C. L. ir E. F. Stoermer. 1971. Eutrofikacija, silicio dioksido išeikvojimas ir prognozuojami dumblių kokybės pokyčiai Mičigano ežere. Science 173:423-424.

Schelske, C. L., E. F. Stoermer, D. J. Conley, J. A. Robbins ir R. M. Gloveris. 1983. Ankstyva eutrofikacija žemutiniuose Didžiųjų ežerų sluoksniuose: nauji biogeninio silicio dioksido nuosėdose įrodymai. Science 222:320-322.

Schuchardt, B., U. Haesloop ir M. Schirmer. 1993. Vėzerio žiočių potvynių ir atoslūgių gėlo vandens pasiekiamumas: upė ar estuarija? Nyderlandų vandens ekologijos žurnalas 27:215-226.

Schuchardt, B. ir M. Schirmer. 1991. Fitoplanktono maksimumai dviejų pakrantės lygumų žiočių potvynių ir atoslūgių gėluose vandenyse. Estuarine, Coastal and Shelf Science 32:187-206.

Seitzinger, S. P. 1988. Denitrifikacija gėlo vandens ir pakrančių jūrų ekosistemose: ekologinė ir geocheminė reikšmė. Limnology and Oceanography 33:702-724.

Sigman, D. M., M. A. Altabet, R. Michener, D. C. McCorkle, B. Fry ir R. M. Holmes. 1997. Vandenyno nitrato azoto izotopinės sudėties natūralaus gausumo lygio matavimas: amoniako difuzijos metodo pritaikymas. Marine Chemistry 57:227-242.

Solorzano, L. 1969. Amonio nustatymas natūraliuose vandenyse fenolhipochlorito metodu. Limnology and Oceanography 14:799-801.

Strickland, J. D. H. ir T. R. Parsons (1972). Praktinis jūros vandens analizės vadovas. Otava, Kanada, Kanados žuvininkystės tyrimų taryba.

UNESCO. 1985. Tarptautinė vienetų sistema (SI) okeanografijoje. UNESCO Technical Papers Number 45. IAPSO Publication Scientifique Number 32, Paryžius, Prancūzija.

Valiela, I., G. Collins, J. Kremer, K. Lajtha, M. Geist, B. Seely, J. Brawley ir C. H. Shaw. 1997. Azoto pakrovimas iš pakrančių baseinų į priėmimo estuarijas: naujas metodas ir taikymas. Ekologiniai pritaikymai 7:358-380.

Vallino, J. J. ir C. S. Hopkinson. 1998. Dispersijos ir būdingų maišymosi laiko įvertinimas Plum Island Sound estuarijoje. Estuarine, Coastal and Shelf Science 46:333-350.

Walsh, T. W. 1989. Bendras ištirpusio azoto kiekis jūros vandenyje: naujas aukštos temperatūros degimo metodas ir palyginimas su fotooksidacija. Marine Chemistry 26:295-311.

Wright, R. T., R. B. Coffin ir M. E. Lebo. 1987. Planktoninių bakterijų ir heterotrofinių mikroflagelatų dinamika Parkerio estuarijoje, Masačusetso šiaurėje. Kontinentinio šelfo tyrimai 7:1383-1397.


Įvadas

Augalų šaknų vystymasis yra sudėtingas procesas, apimantis didelį morfologinį plastiškumą, kuris atspindi būdingus prisitaikymo mechanizmus prie labai kintančių aplinkos sąlygų. Nors šaknų morfologijos ir funkcionavimo molekuliniai determinantai tik pradedami suprasti, klasikiniai fiziologiniai eksperimentai aiškiai įtraukė tiek vietines, tiek sistemines reguliavimo grandines šaknų plastiškumo nustatymui. Be savo vaidmens selektyviai išnaudojant konkrečias dirvožemio sritis turimiems maistinių medžiagų ir vandens šaltiniams, svarbus šaknų vystymosi plastiškumo vaidmuo yra suteikti augalams galimybę atpažinti įvairius biotinius dirvožemio mikroorganizmų signalus ir reaguoti į juos. Diskriminacinis šių biotinių ženklų atpažinimas ir tinkami atsakymai į juos yra būtini augalų išlikimui, o simbiotinės augalų ir mikrobų sąveikos atveju yra papildoma priemonė selektyviai išnaudoti kitaip neprieinamus maistinių medžiagų šaltinius. Ankštinių augalų azotą fiksuojančios simbiozės yra įdomus pastarojo reiškinio pavyzdys (Vance, 1998). Užsikrėtus specifinėmis rizobijos padermėmis, ankštinių augalų šaknų žievės ląstelės dediferenciuojasi, inicijuoja ląstelių dalijimąsi ir jų vystymosi likimą nukreipia į mazgelių pradmenų susidarymą. Po to, per labai organizuotą ir kontroliuojamą įvykių seriją, mazgelių pradmenys išsivysto į visiškai funkcionuojančius, azotą fiksuojančius organus, šaknų mazgus (naujausias apžvalgas žr. Hadri ir kt. 1998 Hirsh, 1992). Mazgelių organogenezė aktyvuojama reaguojant į specifines lipo-chitooligosacharido signalines molekules (Nod faktorius), kurias sintezuoja suderinamos rizobijos padermės (Hadri ir Bisseling, 1998 Spaink, 1996). Struktūrinį ir funkcinį šaknies prisitaikymą prie Nod faktorių ir rizobinę infekciją kontroliuoja augalas-šeimininkas ir buvo įrodyta, kad jį keičia įvairūs aplinkos veiksniai, įskaitant kombinuoto azoto prieinamumą, taip pat su augalų augimu susijusius vystymosi požymius (Caetano- Anolles & Gresshoff, 1991 Francisco & Harper, 1995 Nutman, 1952 Parsons ir kt. 1993 Streeter, 1988). Vienas iš svarbių šio kontrolės proceso aspektų yra augalų tarpininkaujamas mazgelių masto reguliavimas reaguojant į rizobinę infekciją. Augalų šeimininkas aktyviai kontroliuoja sėkmingų mazgelių skaičių mažiausiai dviem skirtingais lygiais. Vienas iš lygių apima priešlaikinį daugumos rizobinių infekcijų sustojimą, todėl labai specifinėje jautrioje zonoje, esančioje tiesiai už augančio šaknies galiuko, susidaro tik ribotas mazgų skaičius (Vasse ir kt. 1993). Į Medicago truncatula, į pjautuvas įrodyta, kad mutacija smarkiai padidina persistuojančių rizobinių infekcijų skaičių, todėl mutanto šaknies jautrioje zonoje atsiranda hipermazgelis (Penmetsa & Cook, 1997). Pastarasis fenotipas buvo priskirtas antrajam tos pačios mutacijos poveikiui, ty bendram augalo mutanto nejautrumui hormonui etilenui (Penmetsa & Cook, 1997). Šie rezultatai rodo, kad be gerai apibūdintų augalų vystymosi funkcijų etilenas taip pat dalyvauja signalizacijos kelyje, kontroliuojančiame ankštinių augalų šakniastiebius. Augalų hormono etileno vaidmuo keliuose kituose simbiotinio vystymosi aspektuose buvo gerai dokumentuotas bent kai kurioms ankštinių augalų rūšims (Fernandez-Lopez). ir kt. 1998 Grobbelaar ir kt. 1970 Heidstra ir kt. 1997 m. naujausią apžvalgą rasite Hirsch ir Fang, 1994). Tačiau etilenui nejautrūs sojų pupelių mutantai turi laukinio tipo mazgelių modelį (Schmidt ir kt. 1999). Šiuo metu neaišku, ar skirtumas tarp etileno ir (arba) jautrumo etilenui poveikio sojų pupelių ir kitų ankštinių augalų rūšių mazgeliams atspindi skirtingą šio hormono vaidmenį reguliuojant mazgelių vystymąsi.

Be to, kad ribojamas nuolatinių rizobinių infekcijų skaičius šaknų jautrioje zonoje, augalas taip pat kontroliuoja šaknų jautrumą mazgelių formavimuisi erdvėje ir laike. Šis mechanizmas vadinamas autoreguliavimu arba grįžtamuoju mazgelių reguliavimu ir apima mazgelių susidarymo slopinimą jaunesniuose šaknies audiniuose dėl ankstesnių mazgelių atsiradimo senesnėse šaknų srityse (Kosslak ir Bohlool, 1984 Nutman, 1952 Pierce ir Bauer, 1983). Dėl autoreguliacijos šaknų ląstelės tik laikinai tampa jautrios rizobinei infekcijai, todėl susidaro siaura infekcijos zona ir mazgelių diferenciacija (jautrumo zona Bhuvaneswari ir kt. 1981). Augalai, kurių šis mechanizmas yra pažeistas, ir toliau formuoja mazgelius ant naujai besivystančių šaknų ir sudaro daug mazgų visoje šaknų sistemoje (hipermazgelis arba supermazgelis fenotipas). Remiantis eksperimentais, susijusiais su suskaidyta šaknų sistema ir skiepijimu tarp laukinio tipo ir supermazgelių mutantų augalų, buvo teigiama vietinių ir sisteminių signalizacijos įvykių sąveika nustatant autoreguliacinę mazgelių kontrolę (Caetano-Anolles ir kt. 1991 Sheng & Harper, 1997). Panašūs eksperimentai nustatė, kad lapų audiniai yra pagrindinis sisteminio (-ių) signalo (-ų) šaltinis, o tai reiškia, kad tolimojo ryšio tarp šaknies ir ūglio yra automatinis mazgelių skaičiaus reguliavimas. Taip pat buvo postuluojama vietinė, nesisteminė visiškai subrendusių mazgelių kontrolė jaunesnių mazgelių atsiradimui (Caetano-Anolles ir kt. 1991 Riešutmenas, 1952). Tikslus mechanizmų, susijusių su autoreguliavimu, pobūdis nėra suprantamas, o postuluojamų sisteminių ir vietinių signalinių junginių tapatybė lieka nežinoma. Tačiau kyla pagunda spėlioti, kad autoreguliacinis atsakas bent iš dalies priklauso nuo ląstelių dalijimosi jutimo ir reguliavimo mechanizmo, todėl gali būti bendresnio mechanizmo, reguliuojančio augalų augimą, dalis. Šiame kontekste įdomu pastebėti, kad buvo įrodyta, kad augalų vystymosi procesai, išskyrus mazgelių susidarymą, pvz., susiję su viršūninių šaknų meristemų susidarymu, daro įtaką mazgelių formavimuisi per mechanizmą, panašų į autoreguliaciją (Gresshoff). ir kt. 1989 Riešutmenas, 1952). Atvirkščiai, buvo nustatyta, kad mutacijos, kurios pablogina autoreguliacinį atsaką, daro įvairius pleiotropinius efektus augalų augimui ir beveik visada sukelia didelę nitratams tolerantišką simbiozę (veiksmingą mazgelių susidarymą esant dideliam nitratų kiekiui). nts fenotipas). Nitratas (NR3 – ) moduliuoja augalų augimą ir daro sudėtingą poveikį šaknų vystymuisi, simbiontų atpažinimui ir mazgelių formavimuisi (Dazzo & Brill, 1978 Gresshoff, 1993 Zhang ir kt. 1999). Į mechanizmus, reguliuojančius mazgelių susidarymą, nitratų slopinimą ir kitas susijusias augalų augimo reakcijas (pvz., šoninių šaknų formavimąsi), gali būti įtraukti bendri veiksniai. Arba glaudžios sąveikos tarp specifinių reguliavimo būdų (pvz., autoreguliacijos ir nitratų slopinimo kelių) gali pakakti, kad būtų galima atsižvelgti į vienos iš kontroliuojančių elementų mutacijos pleiotropinį poveikį. Reguliavimo procesų, kontroliuojančių mazgelių diferenciaciją ir mazgelių skaičių, prigimties supratimas ir jų integravimas į bendrus šaknų augimą ir vystymąsi reguliuojančius mechanizmus yra svarbūs mūsų siekio suprasti simbiotinį azoto fiksavimą ankštiniuose augaluose elementai.

Anksčiau mes nustatėme augalų mutantus iš diploidinių ankštinių augalų Lotus japonicus kurie apibrėžia lokusą, kontroliuojantį normalų šaknų vystymąsi. Nustatyta, kad tos pačios mutacijos sukelia nenormalų augalo mutanto atsaką į simbiotinės rizobijos sukeliamą iššūkį, dėl kurio atsiranda hipermazgeliai ir nenormalūs augalų augimo fenotipai (de Bruijn ir kt. 1998 Schauser ir kt. 1998 Szczyglowski ir kt. 1998a Szczyglowski ir kt. 1998b). Čia pateikiame išsamų šių mutantų linijų apibūdinimą ir parodome, kad pagrindinės mutacijos turi įtakos augalų vystymuisi, pakeisdamos šaknų ląstelių augimo padėtį ir trukmę.


Rezultatai

Hipermazginių aberrantinių šaknų formavimosi (Har) mutantų išskyrimas ir genetinė analizė L. japonicus

Anksčiau aprašėme dviejų alelinių EMS sukeltų mutantų linijų išskyrimą L. japonicus ekotipas Gifu (Ljsym34-1 ir Ljsym34-2), kurie pasižymi tiek neįprastais simbiotiniais (hipermazgeliais), tiek drastiškai pakitusiais šaknų vystymosi (nenormalios šaknies) fenotipais (de Bruijn ir kt. 1998 Szczyglowski ir kt. 1998a žr. 1 pav.). Be to, mes nustatėme nepriklausomą mutanto liniją iš T-DNR mutagenezės eksperimento (sym16) su labai panašiu fenotipu, tačiau nustatyta, kad mutantinis fenotipas genetiškai nesusijęs su T-DNR įterpimu (Schauser ir kt. 1998). Alelis Ljsym34-1 ir Ljsym34-2 Nustatyta, kad mutacijos yra monogeninės recesyvinės, atsižvelgiant į nenormalų šaknies fenotipą ir nevisiškai dominuojančios simbiozinio hipernodulacijos fenotipo atžvilgiu (Szczyglowski ir kt. 1998a Szczyglowski ir kt. 1998b, duomenys nerodomi). The sym16 mutacija buvo monogeninė recesinė visiems fenotipams (Schauser ir kt. 1998). Abipusiai kryžiai atskleidė, kad Ljsym34-1/2 ir sym16 mutantai priklauso tai pačiai komplementacijos grupei (duomenys nerodomi). Pagal neseniai pasiūlytas genetinės nomenklatūros gaires L. japonicus (Stougaard ir kt. 1999), atitinkami aleliai buvo pervadinti har1-1 (anksčiau Ljsym34-1), har1-2 (anksčiau Ljsym34-2), ir har1-3 (anksčiau sym16) ir buvo pavadintas atitinkamas laukinio tipo genas Har1. Remiantis šiek tiek stipresniu mutantiniu fenotipu, har1-1 alelis buvo pasirinktas tolesnei išsamiai analizei.

Šaknų ir mazgelių fenotipai laukinio tipo ir har1 mutantas L. japonicus augalai.

Augalai buvo auginami 21 dieną (laukinio tipo ir b har1-1) arba nebuvimas (c har1-1) apie Mezorhizobium loti NZP2235, su 0,5 m m KNO3 laistymo tirpale. Plokštelėse (d) ir (e) pavaizduotos atitinkamai a ir b punktuose parodytos mazginės šaknys. Skydelis (f) rodo har1-3 auginamas 3 savaites esant rizobijai ir dar 8 savaites azoto turinčioje Hornum auginimo terpėje, kurioje yra 8 m m KNO3 ir 5 m m NH4 + ( Thykjaer ir kt. 1998 ).

Simbiotinis (hipernodulinis) fenotipas har1-1 mutantas

Skiepijimas L. japonicus har1-1 augalai su Mesorhizobium loti padermė NZP2235 sukėlė beveik visišką augalų augimo slopinimą ir neįprastą anksčiau aprašytą hipernodulacijos fenotipą ( Szczyglowski ir kt. 1998a žr. 1 pav.). Į mazgelius panašios struktūros, apimančios beveik visą trumpą šaknų sistemą, išsivystė kartu su augalų augimo slopinimu ir bendro augalo gyvybingumo pablogėjimu (hipermazgelių reakcija, HNR, Szczyglowski fenotipas ir kt. 1998a Szczyglowski ir kt. 1998b). Norėdami toliau ištirti šį naują hipernodulacijos fenotipą, darinį iš M. loti padermė NZP2235, turinti konstituciškai išreikštą hemA::lacZ reporterio genų suliejimas buvo naudojamas ankstyviems laukinio tipo ir infekcijos įvykiams analizuoti har1-1 mutantiniai augalai. Mikroskopinės analizės atskleidė, kad rizobinio pirminio patekimo į har1-1 mutantų šaknys buvo per infekcijos siūlus, atsiradusius deformuotuose šaknų plaukuose, kaip ir laukinių augalų atveju. Kiti ankstyvi infekcijos reiškiniai, tokie kaip plaukų šaknų deformacija (Had), plaukų susisukimas (Hac) ir infekcijos siūlų susidarymas (Inf), taip pat buvo panašūs har1-1 mutantiniai ir laukinio tipo augalai (duomenys nerodomi). Tačiau buvo nustatyta, kad vėlesni simbiozės vystymosi etapai labai skiriasi. Nustatyta, kad laukinio tipo augaluose dauguma pirminės infekcijos atvejų buvo sustabdyti anksti simbiotinio vystymosi metu, neperžengiant kelių žievės ląstelių dalijimosi stadijos, todėl viršutinėje visiškai pailgos dalies dalyje susidaro 9–15 azotą fiksuojančių mazgelių. 21 dienos amžiaus L. japonicus laukinio tipo šaknis (žr. 1a, d pav.). Priešingai, šaknys har1-1 mutantiniai augalai, praėjus 11 dienų po inokuliacijos rizobijomis, turėjo daug gausesnius žievės ląstelių dalijimosi židinius nei laukinio tipo šaknys, apimančios beveik visą šaknies ilgį (2 ir 3a, b pav.). Dėl šių pradinių žievės ląstelių dalijimosi atsirado mazgelių pradmenys, o vėliau - mazgų masė, apimanti beveik visą šaknį (1e, f ir 3c, d pav.). Be to, mazgelių morfogenezė įjungta har1-1 Nustatyta, kad mutantiniai augalai yra nejautrūs paprastai slopinančioms kombinuoto azoto koncentracijoms (5–15 m m NO3 – ). Praėjus šešioms savaitėms po inokuliacijos rizobijomis, har1-1 mutantiniai augalai, esant didelėms nitratų (5-15 m m ) arba amoniako (1-3 m m ) koncentracijoms, išsivystė maždaug 40–60 mazgelių. Priešingai, mazgelių vystymasis kontroliuojant laukinį tipą L. japonicus Nustatyta, kad augalus labai slopina kombinuoti azoto šaltiniai. Pavyzdžiui, esant 15 m m KNO3 pastebėta tik keletas mažų mazgelių pavidalo darinių (guzelių). Auginant esant mažai KNO koncentracijai3 (0,5 m m ), 21 dienos senumo mazgeliai ant har1-1 mutantiniai augalai buvo žymiai mažesni nei to paties amžiaus laukinio tipo mazgeliai (duomenys nerodomi). Nepaisant dydžio skirtumo, šviesos ir perdavimo elektronų mikroskopinis tyrimas užkrėstų mazgelių zonoje har1-1 augalai atskleidė normalią (panašų į laukinį tipą) citologiją ir histologiją (3e, f pav.). Be to, ant jų susidarė mazgeliai har1-1 mutantų šaknys sugebėjo fiksuoti azotą (sumažinti acetileną) tokiu lygiu, kuris buvo panašus į laukinio tipo mazgelius, skaičiuojant kiekvienam augalui (duomenys nerodomi).

Infekcijos ir mazgelių reiškiniai laukinio tipo ir har1-1 augalai po inokuliacijos M. loti padermė NZP2235 nešantis a hemA:lacZ reporterio genų suliejimas.

Šaknys buvo nudažytos dėl β-galaktozidazės aktyvumo ir ištirtos naudojant šviesaus lauko mikroskopiją. Atviros juostos žymi šaknų plaukelių skaičių su matomais infekcijos siūlais, vientisos juostos rodo mazgelių ir mazgelių pradmenų skaičių. Kiekviena vertė yra 7–15 augalų matavimų vidurkis. Klaidų juostos rodo 95 % pasikliovimo intervalus.

Mikroskopinė simbiozės vystymosi analizė laukinio tipo ir har1-1 augalai.

(a, b) Išvalytų laukinio tipo ir šviesaus lauko mikrografijos har1-1 mutantų šaknys praėjus 11 dienų po užsikrėtimo M. loti NZP2235. Mazgelių pradmenys žymimi rodyklėmis. c, d) laukinio tipo ir mazgelių fenotipų montažai har1-1 mutantiniai augalai praėjus 14 dienų po inokuliacijos M. loti NZP2235 nešantis a hemA:lacZ reporterio genų suliejimas. Šaknys buvo nudažytos dėl β-galaktozidazės aktyvumo ir ištirtos naudojant šviesaus lauko mikroskopiją. e, f) laukinio tipo ir centrinės zonos perdavimo elektronų mikrografijos har1-1 mutantiniai mazgeliai, rodantys užkrėstas ląsteles šeimininkus, užpildytas bakterijų endosimbiontais, ir dalį gretimų labai vakuoluotų neužkrėstų ląstelių.

Nesimbiotinis (nenormalus šaknų formavimosi) fenotipas har1-1 mutantas

Nesokuliuotas L. japonicus har1-1 mutantiniai augalai sukuria žymiai sutrumpėjusią šaknų sistemą ir didesnį šoninių šaknų skaičių, palyginti su laukinio tipo augalais (Szczyglowski ir kt. 1998a). Norėdami toliau analizuoti šį fenotipą, ištyrėme šoninių šaknų formavimąsi nesokuliuotame har1-1 ir laukinio tipo pirmines šaknis ir nerado reikšmingų skirtumų tarp jų padėties, palyginti su šaknies galiuku, nes beveik visi LRP buvo rasti regione, esančiame 0,75–4,5 cm atstumu nuo šaknies viršūnės. Tačiau šoninių šaknų primordijų ir iškilusių šoninių šaknų tankis (skaičius šaknies ilgio vienetui) buvo bent tris kartus didesnis har1-1 mutantas nei laukinio tipo augaluose (duomenys nerodomi). Išsamus nesokuliuotų vidutinių išilginių pjūvių tyrimas har1-1 šaknų mėginiai maždaug 2 cm virš šaknies galiuko atskleidė žymiai didesnį mitozinio aktyvumo lygį šaknies pericikliniame sluoksnyje. har1-1 prieš laukinio tipo šaknis (4a,b pav.). 9 dienų amžiaus šaknyse har1-1 visuose tirtuose pjūviuose buvo aptiktas mutantinis, periklininis ląstelių dalijimasis pericikle, taip pat dviejų ar trijų naujų ląstelių sluoksnių išsivystymas. Gausus antiklininių ląstelių dalijimasis pericikle, taip pat gretimuose žievės ląstelių sluoksniuose taip pat gali būti aptiktas har1-1 mutantinių šaknų, o kai kuriais atvejais buvo pastebėta gerai išsivysčiusių šoninių šaknų primordijų. Priešingai, panašaus amžiaus laukinio tipo šaknys pasižymėjo tik ribotu mitoziniu aktyvumu pericikle, kuris daugiausia buvo sudarytas iš vieno ląstelės sluoksnio (4a, b pav.). Šoninės šaknies pradmenys buvo tik retai pastebėti laukinio tipo šaknų skyriuose.

Šaknies periciklo mitozinis aktyvumas laukinio tipo ir har1-1 mutantų šaknys.

a, b) 9 dienų senumo nesokuliuotų laukinio tipo (a) ir šaknų segmentų segmentų vidurinė išilginė pjūvis har1-1 (b) mutantiniai augalai maždaug 2 cm virš šaknies galo. Rodyklės rodo periciklinės ląstelės sluoksnį.

Šaknų ir ūglių fenotipas har1-1 mutantas

Trumpas šaknies fenotipas L. japonicus har1-1 augalai buvo dokumentuoti anksčiau (de Bruijn ir kt. 1998 Szczyglowski ir kt. 1998a Szczyglowski ir kt. 1998b). Norint toliau kiekybiškai įvertinti šį fenotipą, išilginis nesokuliuotų ir inokuliuotų augalų augimas har1-1 ir buvo išmatuotos laukinio tipo šaknys. Vidutinis nesokuliuotų šaknų ilgis buvo 61,3 ± 0,2 mm har1-1 augalai, praėjus 21 dienai po sėjos, palyginti su 131,9 ± 1,0 mm laukinių nesokuliuotų kontrolinių augalų (5a pav.). Be to, neskiepytų šaknų masė har1-1 augalai 21 dieną po sėjos (26 ± 2 mg šviežio svorio) buvo žymiai mažesni nei laukinių augalų (45 ± 6 mg). Aberantas har1-1 šaknų augimo fenotipas buvo dar ekstremalesnis, kai augalai buvo inokuliuoti M. loti padermė NZP2235. Šaknų augimas har1-1 augalai visiškai nustojo per pirmąsias dienas po inokuliacijos, o šaknys neviršijo vidutinio ilgio 20 ± 1,5 mm (5b pav.). Inokuliuota ūglių masė har1-1 augalų skaičius taip pat buvo žymiai sumažintas užkrėstuose augaluose, o jis buvo panašus į nesokuliuotus augalus har1-1 palyginti su laukinio tipo ūgliais (5c, d pav.).

Laukinio tipo ir ūglių šaknų ir ūglių augimo kinetika har1-1 mutantiniai augalai, esant arba nesant M. loti.

a, b) laukinio tipo ir inokuliuotų (a) ir užsėtų (b) šaknų augimo kinetika har1-1 mutantiniai augalai. c, d) nesokuliuotų (c) ir inokuliuotų (d) laukinio tipo ir ūglių augimo kinetika har1-1 mutantiniai augalai. Visi augalai buvo auginami 0,5 m KNO dovanose3. Kiekviena vertė atitinka mažiausiai 30 augalų matavimų vidurkį. Klaidų juostos rodo 95 % pasikliovimo intervalus.

Citologija har1-1 mutantų šaknys

Nustačius, kad kai kurie šaknų vystymosi parametrai (šaknies ilgis / pailgėjimas, šoninių šaknų formavimasis ir bendras šaknų masės kaupimasis) buvo reikšmingai pakeisti. har1-1 mutantų linija, fenotipas har1-1 mutantų šaknys buvo toliau analizuojamos. Pirma, laukinio tipo ląstelių organizacija L. japonicus buvo tiriamos šaknys. Pirminis L. japonicus Nustatyta, kad šaknyse yra vienas išorinis epidermio ląstelių sluoksnis, 3–5 netaisyklingos formos žievės ląstelių sluoksniai, supantys vieną endoderminių ląstelių sluoksnį, vidinė sritis, susidedanti iš vieno periciklinių ląstelių sluoksnio, gaubiančio kraujagyslių cilindrą, ir distaliai esanti sritis. šaknų gaubtelių ląstelių. Ta pati bendra šaknų ląstelių sluoksnių organizacija buvo nustatyta har1-1 mutantinių šaknų (6 pav.). Tačiau buvo pastebėti keli reikšmingi skirtumai. Vakuoliacija, kuri paprastai lydi ląstelių išsiplėtimą, įvyko arčiau šaknies galiuko. har1-1 prieš laukinio tipo šaknis (6a,b pav.). Be to, mutanto skersmuo har1-1 šaknys (0,23 ± 0,03 mm), išmatuotos naudojant skaitmenines gyvų šaknų mikrografijas 3–6 mm atstumu nuo šaknies galiuko, buvo žymiai mažesnės nei vidutinis atitinkamo laukinio tipo regiono skersmuo. L. japonicus šaknys (0,31 ± 0,02 mm taip pat žr. 6c, d pav.). Remiantis šiais rezultatais, buvo suformuluotos ir patikrintos šios dvi hipotezės: (1) har1-1 mutacija paveikia radialinę organizaciją L. japonicus šaknis, ir (arba) (2) sumažėjęs šaknies ilgis ir skersmuo yra nenormalaus (sumažėjusio) ląstelių išsiplėtimo rezultatas.

Nesimbiozės šaknų vystymosi histologija.

a, b) 9 dienų amžiaus laukinio tipo ir šaknų galiukų regionų vidurinės išilginės pjūviai har1-1 mutantiniai augalai, parodantys bendrą meristeminio regiono anatomiją ir ląstelės pailgėjimo / vakuolizacijos zonos padėtį. (c, d) 22 dienų amžiaus augalų šaknų pjūviai maždaug 600 μm virš šaknies galo, rodantys ląstelių vakuolizacijos laipsnio ir šaknų skersmens skirtumus. (e, f) 6 dienų amžiaus augalų subrendusių šaknų regionų skerspjūviai maždaug 1 cm virš šaknies galo.

The har1-1 dėl mutacijos sumažėja radialinis šaknų ląstelių išsiplėtimas

Norint patikrinti pirmąją hipotezę (šaknų radialinės organizacijos defektą), mikroskopiškai buvo ištirta daug šaknų pjūvių. Nėra aiškių įrodymų, kad trūksta vieno ar daugiau ląstelių sluoksnių arba sumažėjęs šaknų ląstelių skaičius har1-1 rasta mutantų šaknų (6 pav.). Todėl antrąją hipotezę (šaknies ląstelių išsiplėtimo pokyčius) patikrinome analizuodami visiškai diferencijuoto pirminių šaknų regiono atkarpas (6e, f pav.). Vidutinis bendras skerspjūvio plotas har1-1 mutantų šaknys buvo beveik du kartus mažesnės nei laukinio tipo šaknys (1 lentelė). Atskiri ląstelių sluoksniai (epidermis, žievė, endodermis ir šaknų stela). har1-1 mutantinių šaknų dydis sumažėjo panašiai, o tai beveik vienodai prisidėjo prie bendro šaknų skersmens sumažėjimo (1 lentelė). Vėliau buvo analizuojamas numatomas atskirų šaknų ląstelių skerspjūvio plotas, siekiant nustatyti, ar ląstelės radialinis išsiplėtimas pasikeitė har1-1 mutantų šaknys. Atskirų epidermio, žievės ir šaknų endodermos ląstelių radialinių paviršių dažnių pasiskirstymas buvo apribotas daug mažesniu dydžio diapazonu. har1-1 mutantas (7 pav.), o tai rodo, kad har1-1 mutacija riboja šaknų ląstelių galimybę plėstis.

Audinys Laukinis tipas (a) har1-1 (b) b/a santykis
Visas skyrius 62357 ± 14772 33786 ± 4845 0.54
Epidermis 10073 ± 2250 5626 ± 760 0.56
Žievė 45228 ± 11283 24433 ± 3820 0.54
Endodermis 2097 ± 373 1387 ± 175 0.66
Stele 5070 ± 1033 2655 ± 513 0.52

Šaknies ląstelių radialinis išsiplėtimas laukinio tipo ir har1-1 mutantiniai augalai.

Parodytas 6 dienų amžiaus augalų šaknų epidermio (a), žievės (b) ir endoderminių (c) ląstelių skerspjūvio ploto pasiskirstymas, išmatuotas maždaug 1 cm virš šaknies galiuko. Buvo ištirta dešimt laukinio tipo ir mutantų augalų, ir kiekvienas taškas reiškia dažnio vertę, kai ląstelės dydžio intervalas didėja 35 μm (epidermis), 200 μm (žievė) ir 20 μm (endodermiu). n, reiškia išmatuotų langelių skaičių.

Meristeminės srities ilgis sutrumpėja har1-1 mutantų šaknys

Ištirti, ar trumposios šaknies fenotipas har1-1 mutantiniai augalai atsirado dėl pirminės ląstelių išsiplėtimo krypties pakitimų išilgai viršūninės-bazinės ašies, har1-1 buvo išmatuotos šaknų epidermio ląstelės. Vidutinis visiškai išsiplėtusių epidermio ląstelių ilgis har1-1 mutantų šaknys (138 ± 30 μm) buvo beveik lygios laukinio tipo šaknims (132 ± 30 μm), o tai rodo, kad har1-1 mutacija neturėjo įtakos išilginiam epidermio ląstelių išsiplėtimui (8a pav.). Šie rezultatai rodo, kad mažai tikėtina, kad mutantinio augalo trumpas šaknies fenotipas atsirado dėl nenormalaus išilginio šaknų ląstelių išsiplėtimo. Tačiau, remiantis mūsų ankstesniais stebėjimais (žr. aukščiau), epidermio ląstelės har1-1 mutantų šaknys išilgai išilginės ašies pailgėjo daug arčiau šaknies galiuko (taigi anksčiau vystėsi) nei laukinio tipo šaknys (8a pav.). Perduota šviesaus lauko mikroskopija ir lazerinė skenavimo mikroskopija iš visų išvalytų šaknų, nudažytų acetokarminu, atskleidė tankiai citoplazminių ląstelių plotą, sudarantį šaknies meristeminį regioną, kurio ribas galima apibrėžti interaktyviais slenksčio nustatymo metodais, naudojant skaitmeninį vaizdo apdorojimą. Atliekant nepriklausomus eksperimentus, naudojant abiejų tipų mikroskopiją, projektuojamas plotas sumažėjo maždaug 2,6 karto. har1-1 buvo aptikti mutantiniai ir laukinio tipo šaknų meristematiniai regionai (45082 ± 4373 μm 2 n = 11 prieš 121635 ± 12545 μm 2 , n = 19 taip pat žr. 8b pav.). Šis šaknies meristeminio regiono dydžio sumažėjimas visada buvo susijęs su akropetaliniu šaknies ląstelių pailgėjimo / vakuolizacijos ir vaskuliarizacijos zonų poslinkiu (8b pav.). har1-1 mutantų šaknys taip pat parodė prastesnę šaknų dangtelio struktūrą, palyginti su laukiniu tipu, tačiau išliko gravitropinės (duomenys nerodomi). Be to, buvo išmatuotas mitozinis indeksas, siekiant įvertinti mitozinių ląstelių dalį šaknų meristematiniuose regionuose. har1-1 palyginti su vienodo amžiaus laukiniais augalais, tačiau reikšmingų skirtumų nenustatyta (har1-1 mutantų MI = 3,8 ± 0,8, palyginti su laukinio tipo MI = 3,96 ± 0,7).

Šaknies ląstelių pailgėjimas ir meristeminio regiono dydis laukinio tipo ir har1-1 mutantiniai augalai.

a ) Epidermio ląstelės ilgis išilgai šaknies ašies. Kiekvienas taškas reiškia vidutinę ląstelės ilgio vertę, kai diapazonas yra 250 μm (pirmiesiems 4 mm nuo šaknies galo) ir 500 μm (nuo 4 iki 11 mm nuo šaknies galo), palei šaknies ašį. Vienos ir dvigubos rodyklės rodo reikšmingus skirtumus tarp vidutinio epidermio ląstelių ilgio dviejose iš eilės ir lygiavertėse padėtyse laukinio tipo ir har1-1 mutantų šaknys. b) nepažeistos 14 dienų augalų šaknys, nudažytos acetokarminu. Raudonai nudažyti meristematiniai laukinio tipo ir har1-1 mutantų šaknys atrodo kaip tamsios sritys, o jų apimtis nurodoma skliausteliuose.

Hormonų poveikis har1-1 mutantų šaknų pailgėjimas

Dideli pokyčiai har1-1 šaknų morfologija leido manyti, kad gali būti sutrikęs mutantų šaknų vystymosi hormoninis reguliavimas. Siekiant patikrinti šią hipotezę, egzogeninių hormonų taikymo poveikis laukinio tipo ir har1-1 mutantų šaknys buvo tiriamos naudojant specialiai šiam tikslui sukurtą plokštelinį biologinį tyrimą. Nustatyta, kad sacharozės reikia santykinai didelės koncentracijos (4,5 %), kad būtų palaikomas maksimalus ir vienodas šaknų pailgėjimas ir laukinio tipo, ir har1-1 mutantų šaknys. Laukinių augalų šaknys tamsoje pailgėjo greičiau nei šviesoje, ypač per pirmąsias 2–3 augimo dienas, po to augimo greičio skirtumas išnyko (9a pav.). har1-1 mutantiniai augalai suformavo trumpas šaknis, kai buvo auginami tamsoje tokiomis sąlygomis, kurios užtikrino maksimalų laukinio tipo šaknų augimą. Po 2 dienų inkubacijos tamsoje pastebėtas dramatiškas šaknų pailgėjimo slopinimas arba sulėtėjimas. Įdomu tai, kad trumpos šaknies fenotipas buvo iš dalies slopinamas, kai har1-1 mutantiniai augalai buvo auginami šviesoje (9b pav.).

Šviesos poveikis laukinio tipo ir pailgėjimo greičiui har1-1 mutantų šaknys.

a) laukinio tipo šaknų pailgėjimo greitis. b) tarifai har1-1 mutantų šaknų pailgėjimas. Kiekviena vertė yra 20 augalų matavimų vidurkis. Klaidų juostos rodo 95 % pasikliautinuosius intervalus.

Nuo har1-1 šaknys pasižymėjo nenormaliu šaknies ląstelių radialinio išsiplėtimo modeliu, taip pat hipernodulacijos atsaku (žr. 1, 3d ir 6 pav.), o kadangi hipernodulacijos fenotipas Medicago truncatula mutantas (pjautuvas) buvo koreliuojamas su etileno jautrumo pokyčiu (Penmetsa ir Cook, 1997), laukinio tipo ir har1-1 buvo tiriami daigai iki etileno pirmtako 1-aminociklopropano1-karboksirūgšties (ACC). Auginant vertikaliai tamsoje agaro lėkštelėse, kuriose yra didėjančios koncentracijos ACC, tiek laukinio tipo, tiek har1-1 mutantiniai daigai parodė tą patį bendrą jautrumo etileno šaknų augimo slopinimui modelį (10a pav.). Tačiau dviejuose nepriklausomuose eksperimentuose, har1-1 mutantinių šaknų atsparumas tam tikroms ACC koncentracijoms buvo šiek tiek didesnis, palyginti su laukinio tipo šaknimis (pvz., nuo 1 × 10 -7 iki 1 × 10 -6 M ACC 10a pav.). Norėdami toliau įvertinti pastebėtą jautrumo sumažėjimą har1-1 mutantinė linija į ACC, ištyrėme visų sodinukų atsakymus į egzogeniškai pritaikytą ACC. Auginant tamsoje, esant ACC, tiek laukinio tipo, tiek har1-1 daigai parodė tipišką trigubą atsaką (Guzman & Ecker, 1990), susidedantį iš hipokotilo sutrumpėjimo, šaknų pailgėjimo slopinimo ir perdėto viršūninio kabliuko kreivumo (11 pav.). Abiejų genotipų jautrumas ACC buvo panašus hipokotilo ilgio atžvilgiu (duomenys nerodomi).

Laukinio tipo ir har1-1 šaknų augimas esant didėjančioms eksogeniškai naudojamų augalų hormonų koncentracijoms.

Santykinis pailgėjimas laukinio tipo ir har1-1 Mutantinės šaknys, kai yra (a) 1-aminociklopropan-1-karboksirūgštis (ACC) (b) α-naftaleno acto rūgštis (NAA) arba 6-benzilaminopurinas (BA). Kiekviena vertė yra 20 augalų matavimų vidurkis. Klaidų juostos rodo 95 % pasikliovimo intervalus. Vidutinė 100 % šaknų augimo vertė (a) laukinio tipo, 44,5 ± 3,4 mm har1-1 21,8 ± 1,2 mm (b) laukinio tipo, 56,9 ± 2,4 mm har1-1, 25,8 ± 1,6 mm (c) laukinio tipo 37,1 ± 1,9 har1-1, 21,6 ± 1,1 mm.

Trigubas atsakas į laukinio tipo ir ACC har1-1 mutantiniai augalai.

Laukinio tipo ir har1-1 mutantų sėklos buvo daigintos MS terpėje tamsoje 28 °C temperatūroje, nesant (0) arba didėjant ACC koncentracijai (1–100 m m ). Nuotrauka daryta praėjus 6 dienoms po inkubacijos tamsoje. Trigubai reakcijai būdingi sutrumpinti hipokotilai, šaknys ir perdėtas viršūninio kabliuko susidarymas.

Vėliau buvo ištirtas auksino α-naftaleno acto rūgšties (NAA) poveikis šaknų augimui. Laukinio tipo ir har1-1 Nustatyta, kad mutantų šaknys turi panašų bendrą NAA jautrumo modelį, tačiau, kaip buvo pastebėta naudojant ACC, har1-1 mutantiniai augalai parodė nedidelį NAA nejautrų fenotipą esant didesnei NAA koncentracijai (10b pav.).

Į Arabidopsis, citokininas slopina šaknų pailgėjimą šviesiai ir tamsiai išaugusiuose daiguose dėl endogeninio etileno gamybos stimuliavimo ( Cary ir kt. 1995). Todėl jautrumas laukinio tipo ir har1-1 Taip pat buvo tiriamos mutantų šaknys su egzogeniniu būdu pritaikytu citokininu (taigi endogeniniu būdu gaminamu etilenu). Net labai mažos sintetinio citokinino 6-benzilaminopurino (BA) koncentracijos (10–50 nm ) reikšmingai sumažino abiejų genotipų šaknų augimą. Tačiau vėlgi har1-1 mutantų šaknys pasižymėjo vidutiniškai didesniu atsparumu plačiam BAP koncentracijų diapazonui nei laukinio tipo šaknys (10c pav.). Šis šiek tiek padidėjęs pasipriešinimas har1-1 mutantų šaknis gali atsirasti dėl pakitusio etileno nepriklausomo atsako į citokininą, sumažėjusios citokinino stimuliuojamos etileno gamybos ir (arba) susilpnėjusio atsako į endogeniškai pagamintą etileną. Siekiant atskirti šias galimybes, buvo ištirta išoriškai pridėto citokinino įtaka šaknų augimo slopinimui, kai buvo naudojami sidabro jonai, naudojami kaip sidabro tiosulfatas, siekiant slopinti etileno surišimą (Beyer, 1979) arba aminoetoksivinilgliciną (AVG, Yang ir Hoffman, 1984). ) slopinti etileno biosintezę. Kadangi 50 nanomolinių BA beveik maksimaliai slopino abiejų genotipų šaknų pailgėjimą, mes naudojome šią citokinino koncentraciją kartu su kintamomis inhibitorių koncentracijomis.

Nesant BA, Ag + turėjo tik ribotą stimuliuojantį poveikį laukinio tipo ir har1-1 mutantinių šaknų (12a pav.). Penkių μM Ag + pakako, kad būtų pašalintas visas slopinamasis citokinino poveikis har1-1 mutantinių šaknų, o 5 μm Ag + atkūrė laukinio tipo šaknų augimą iki maždaug 60 % neapdorotų kontrolinių šaknų augimo lygio (12b pav.).

BA poveikis laukinio tipo pailgėjimui ir har1-1 mutantų šaknys esant etileno suvokimo/sintezės inhibitoriams.

Santykinis pailgėjimas laukinio tipo ir har1-1 Mutantinės šaknys, kai yra (a) Ag + (b) BA plius Ag + (c) AVG ir (d) BA ir AVG. Vidutinė 100 % šaknų augimo vertė (a) ir (b) laukinio tipo, 41,6 ± 3,0 mm har1-1, 23,3 ± 1,2 mm (c) ir (d) laukinio tipo, 47,5 ± 4,0 mm har1-1, 23,2 ± 1,6 mm. Daugiau informacijos rasite 10 pav. pateiktoje legendoje.

Panašus eksperimentų rinkinys buvo atliktas su etileno sintezės inhibitoriumi AVG. Kontroliniuose eksperimentuose AVG koncentracija, lygi arba mažesnė nei 0,1 μm, neturėjo išmatuojamo poveikio abiejų genotipų šaknų augimui (12c pav.), tuo tarpu didesnė koncentracija stipriai slopino (duomenys nerodomi). Skirtingai nuo sidabro sukelto fenotipinio slopinimo, buvo nustatyta, kad maža AVG koncentracija (0,1 μm ) sumažina visą citokinino sukeltą slopinimą ir atkuria normalų ilgų šaknų fenotipą laukinio tipo augalams (12d pav. ). Tačiau, har1-1 mutantiniai augalai skirtingai reagavo į tą patį gydymą, ne tik atgaudami trumpą šaknies fenotipą, bet ir papildomai skatindami šaknų augimą. Dėl pastarojo poveikio augalams mutantams išsivystė ilgos šaknys, kurios pailgėjo taip pat, kaip ir laukinio tipo šaknys. Tačiau ilgesnis (daugiau nei 10 dienų) ir laukinio tipo, ir mutantų inkubavimas har1-1 augalai, esant citokininui ir AVG, visiškai sustabdė jų šaknų augimą. Nustatyta, kad šis poveikis yra susijęs su galutine šaknies meristemos diferenciacija, todėl buvo užkirstas kelias eksperimentams su ilgesniu gydymo laiku (duomenys nerodomi).


5.15: Azoto fiksavimas – biologija

Išplėstinė A/AS lygio chemija: daugiau apie neorganinių molekulių ir jonų formas

Doc Brown's Advanced A Level Chemija

Teorinės fizinės chemijos peržiūros pastabos

Molekulių ir jonų formos ir ryšių kampai, susiję su jų elektronine struktūra

2 dalis Kai kurios kitos anglies, azoto, sieros ir chloro molekulės ir jonai

Karbonato jono, nitrato (III) jono (nitrito jono), nitrato (V) jono (nitrato jono), azoto (IV) oksido (azoto dioksido), nitronio jono, sieros (IV) aprašymas, paaiškinimas, formos ir ryšio kampai ) oksidas (sieros dioksidas), sieros (VI) oksidas (sieros dioksidas), sulfato (IV) jonas (sulfato jonas), sieros (VI) jonas (sulfato jonas), chlorato (III) jonas, ClO2 - (chlorito jonas), chlorato (V) jonas, ClO3 - (chlorato jonai) ir chlorato (VII) jonas, ClO4 - (perchlorato jonas) visi aprašyti ir aptarti. Viskas aprašyta ir paaiškinta!

Molekulių formos, taškinės ir kryžminės diagramos, pasirinktų azoto, sieros ir chloro molekulių ir jonų jungčių kampai, naudojant valentinės apvalkalo elektronų poros atstūmimo modelį (VSEPR) ir taško ir kryžiaus (okšio) diagramas, pateikiamos „Lewiso stiliumi“. „Rašinukai“ galiausiai bus pakeisti tvarkingomis diagramomis!

  • Karbonato jonai, CO3 2- yra trigonės plokštumos formos, kurios O-C-O ryšio kampas yra 120 o dėl trijų jungiančių elektronų grupių ir nėra pavienių elektronų porų.
  • Forma išvesta žemiau naudojant taškines ir kryžmines diagramas bei VSEPR teoriją ir iliustruota toliau.
  • Atkreipkite dėmesį, kad visos CO jungtys yra identiškos dėl kai kurių elektronų delokalizacijos ( σ sigma ir π pi jungtis)

karbonato jonų valentinio ryšio taškas ir kryžminė diagrama

    Azoto(IV) oksidas, NO2 (azoto dioksidas) yra sulenktos formos (kampinis), O-N-O ryšio kampas

Azoto oksidų ir azoto oksianijonų valentinio ryšio taškinės ir kryžminės diagramos

  • Atkreipkite dėmesį, kad visi N-O ryšiai molekulėje arba jone yra identiški dėl kai kurių elektronų delokalizacijos ( σ sigma ir π pi jungtis)

    Sieros (IV) oksidas, SO2 (sieros dioksidas / sieros dioksidas) molekulė yra sulenktos formos (kampinis), O-S-O ryšio kampas

Sieros oksidų ir sieros oksianijonų valentinio ryšio taškinės ir kryžminės diagramos

  • Atkreipkite dėmesį, kad visi S-O ryšiai molekulėje arba jone yra identiški dėl kai kurių elektronų delokalizacijos ( σ sigma ir π pi jungtis)

    chlorato (III) jonas, ClO2 - (chlorito jonas), yra sulenktos formos (kampinis), O-Cl-O ryšio kampas

pasirinktų chlorato jonų valentinio ryšio taškinės ir kryžminės diagramos

  • Atkreipkite dėmesį, kad visi Cl-O ryšiai molekulėje arba jone yra identiški dėl kai kurių elektronų delokalizacijos ( σ sigma ir π pi jungtis)

Pataisos pastabos, skirtos GCE Advanced dukterinės įmonės AS Advanced Level A2 IB Pataisyti AQA GCE Chemija OCR GCE Chemija Edexcel GCE Chemija Salters Chemija CIE Chemija, WJEC GCE AS A2 Chemija, CCEA/CEA GCE AS A2 Chemija peržiūrimi universitetinių kursų studentams JAV 11 ir 12 klasės bei AP pagyrimų / pagyrimų lygio kursai)


1. Įvadas

Reaktyvusis azotas (Nr), toks kaip nitratas, nitritas ir amonis, yra būtinas ekosistemų funkcijoms, procesams ir dinamikai (Vitousek ir Howarth 1991). Kartu su neribotu pramoniniu azoto fiksavimu mažomis išlaidomis, naudojant Haber-Bosch procesą, antropogeninė veikla bent dvigubai padidino metinį visuotinį Nr įvedimą į ekosistemas, palyginti su Nr įvedimu priešindustriniais laikais (Galloway). ir kt 2004). Padidėjęs Nr. patenkina augančios žmonių populiacijos maisto ir degalų poreikius, bet taip pat daro daug neigiamų padarinių žmonių sveikatai ir aplinkos tvarumui, įskaitant vandens ekosistemų eutrofikaciją ir padidėjusį N.2O emisijos – stiprios šiltnamio efektą sukeliančios ir ozono sluoksnį ardančios dujos (Vitousek ir kt 1997 m., Galloway ir kt 2008 m., Sobota ir kt 2013). Tačiau padidėjęs Nr nėra tolygiai paskirstytas erdviniais masteliais. Afrikoje – regione, kuriame yra per mažai Nr. – žemės ūkio sektorius nesugebėjo pagaminti pakankamai maisto sparčiai augantiems gyventojams, o dėl nepakankamo N sąnaudų gali būti išgaunamos dirvožemio organinės azoto atsargos (Davidson 2009). Taigi, kompensuoti neigiamą poveikį, susijusį su antropogeninėmis Nr. sąnaudomis, yra svarbus iššūkis, su kuriuo susiduria žemės ir vandens valdytojai visame pasaulyje.

Norint pagerinti teigiamo ir neigiamo poveikio pusiausvyrą, labai svarbu geriau suprasti įvesties ir šaltinių skaičių (Bouwman ir kt 2009 m., Honkongas ir kt 2011 m., Svenis ir kt 2012). Iki šiol Europos Sąjungoje buvo atlikti regioniniai antropogeniniai Nr vertinimai (Sutton ir kt 2011 m.), Šiaurės Amerika (Sobota ir kt 2013 m.) ir Kinija (Ti ir kt 2012). Vienintelė egzistuojanti Nr sintezė Afrikoje buvo baigta Vakarų Afrikoje prieš tris dešimtmečius (Robertson ir Rosswall 1986). Manome, kad antropogeninis Nr Afrikoje turėtų būti įtrauktas į pasaulinius žmogaus tarpininkaujamo Nr.

Viktorijos ežeras Rytų Afrikoje yra antras pagal dydį gėlo vandens ežeras pasaulyje, o baseinas yra vienas iš tankiausiai apgyvendintų Afrikos regionų. Sparčiai augantis gyventojų skaičius ir ekonomika baseine (Muyodi ir kt 2010), per pastaruosius 50 metų labai pasikeitė ežero fizinis, cheminis ir biologinis režimas (Juma ir kt 2014 m.), įskaitant Nr (Lung'ayia ir kt 2001). Ankstesni Viktorijos ežero baseino tyrimai daugiausia buvo skirti arba vandens azoto koncentracijai (Gikuma-Njuru ir Hecky, 2005), arba santykinai nedidelio masto apkrovos įvertinimui (Lindenschmidt). ir kt 1998). Tačiau nėra tyrimų apie baseino regioninį azoto biudžetą, kuris yra labai svarbus siekiant pagerinti regiono Nr. valdymą ir subalansuoti jo neigiamą ir teigiamą poveikį.

Čia mes apibendriname esamus duomenis, kad sukurtume regioninį biudžetą Viktorijos ežero baseine, naudodami grynasis antropogeninis azoto patekimas (NANI) metodas. NANI metodas yra veiksmingas metodas įvertinti žmogaus sukeltą neigiamą poveikį kraštovaizdžiui ir galimą jų poveikį upių eksportui iš didelių baseinų (Hongas). ir kt 2013). Šio dokumento tikslai yra (1) įvertinti regioninį biudžetą, pabrėžiant jo pagrindinius neapibrėžtumus, ir (2) nustatyti tyrimų spragas ir pasiūlyti būdus, kaip patobulinti būsimus įvertinimus.


Vaistinių medžiagų ir pagalbinių medžiagų analitiniai profiliai

4. Analizės metodai

4.1 Identifikavimas

Zileutono tapatybę galima patvirtinti palyginus mėginio infraraudonųjų spindulių sugerties spektrą su 9 paveiksle pateiktu spektru.

4.2 Elementų analizė

Tipiška zileutono mėginio elementinė analizė yra tokia:

4.3 Chromatografiniai analizės metodai

4.3.1 Plonasluoksnė chromatografija

Zileutono grynumui įvertinti buvo ištirtos kelios plonasluoksnės chromatografinės sistemos. Nustatyta, kad du iš jų geriausiai atskiria zileutoną, jo priemaišas ir skilimo produktus.

I sistema naudoja etilo acetatą analitiniam atskyrimui ant silikagelio 60 F254, aptikimas atliekamas naudojant trumpųjų bangų UV spinduliuotę. N-(1-benzo[b]tien-2-iletil)-karbamidas (Rf, 0,12), (Z)-1-benzo[b]tien-2-iletanono oksimas (Rf, 0,59), (E)-1-benzo[b]tien-2iletanono oksimas (Rf, 0,65), ir N-1 benzo[b]tien-2-iletil) hidroksilaminas gali būti atskirtas nuo zileutono (Rf, 0.21).

II sistemoje naudojama judanti fazė, susidedanti iš 50:50 1 chloroformo / metileno chlorido / amonio hidroksido, atskyrimas atliekamas naudojant silikagelį 60 F254, o aptikimas atliekamas trumpųjų bangų UV spinduliuote. Ši sistema gali būti naudojama (Z)-1-benzo[b]tien-2-iletanono oksimui (R) atskirtif, 0,06) (E)-1-benzo[b]tien-2-iletanono oksimas (Rf, 0,17), 1-benzo[b]tien-2-iletanonas (Rf, 0,56), 1-benzo[b]tien-2-iletiaminas (Rf, 0,07) ir 0-(1-benzo[b]tien-2-iletil)-1-benzo[b]tien-2-iletanono oksimas (Rf, 0,33) iš zileutono (Rf, kilmė).

4.3.2 Didelio efektyvumo skysčių chromatografija

Zileutono vaistinės medžiagos kokybei įvertinti buvo sukurti keli HPLC metodai. I sistema naudojama birių vaistinių medžiagų stiprumui nustatyti, o II ir III sistemos naudojamos birių medžiagų priemaišoms ir skilimo produktams nustatyti. II ir III sistemų charakteristikos yra tokios, kad jos apima poliškumo diapazoną, susijusį su įvairiomis zileutono priemaišomis. II sistema naudojama skilimo produktams stebėti.

I sistema
Mobilioji fazė:0,1 M amonio acetato tirpalas, kuriame yra 0,025 % acetohidroksamo rūgšties (perchloro rūgštimi sureguliuokite pH iki 2,0)/acetonitrilo (72:28)
Stulpelis:30 cm × 1/4 colio (o.d.) × 4,6 mm (viduje) su Spherisorb S10 ODS
Srauto greitis:maždaug 1,5 ml/min
Detektorius:260 nm, 0,1 AUFS
II sistema
Mobilioji fazė:0,1 M amonio acetato tirpalas, kuriame yra 0,025 % acetohidroksamo rūgšties (perchloro rūgštimi sureguliuokite pH iki 2,0) / acetonitrilas (82:18)
Stulpelis:30 cm × 1/4 colio (o.d.) × 4,6 mm (viduje) su Spherisorb S10 ODS
Srauto greitis:2,2 ml/min
Detektorius:260 nm, 0,01 AUFS
III sistema
Mobilioji fazė:1:1 acetonitrilas/0,5% perchloro rūgštis
Stulpelis:30 cm × 1/4 colio (o.d.) × 4,6 mm (viduje) su Spherisorb S10 ODS
Srauto greitis:maždaug 1,5 ml/min
Detektorius:260 nm, 0,01 AUFS

Be to, buvo sukurtas tiesioginės chiralinės chromatografijos metodas zileutono enantiomerams atskirti, naudojant šias sąlygas:

Mobilioji fazė:92:8:0,1 heksanas / 2-propanolis / trifluvoacto rūgštis
Stulpelis:Daicel Chiralpak AD, 250 × 4,6 mm (i.d.) (Regis) – veikia 25°C
Įpurškimo tūris:10 μL (0,1 mg/ml)
Srauto greitis:1,0 ml/min
Detektorius:260 nm, 0,02 AUFS

4.4. Farmacinių dozavimo formų nustatymas

Zileutono tablečių preparatų stiprumas ir pirminiai skilimo produktai gali būti analizuojami naudojant didelio efektyvumo skysčių chromatografijos procedūrą, naudojant metilo 4-hidroksibenzoatą (metilparabeną) kaip vidinį standartą. Taikant metodą naudojama Spherisorb S10 ODS, 10 μm kolonėlė, judrioji fazė, susidedanti iš 72 dalių 0,1 M amonio acetato tirpalo, kuriame yra 0,025 % acetohidroksamo rūgšties (perchloro rūgštimi pakoreguota iki 2,0 pH) ir 28n dalių acetonitrilo.

4.5 Kūno skysčių nustatymas

Zileutono ir jo N-dehidroksilinto metabolito vienalaikį nustatymą neapdorotame žiurkės šlapime miceline skysčių chromatografija sukūrė Thomas ir Albazi [23]. Šių junginių atskyrimas pasiekiamas naudojant natrio dodecilsulfatą (SDS) kaip judriąją fazę, CN surištą silicio dioksido kolonėlę ir UV aptikimą esant 262 nm. Dėl micelinės mobiliosios fazės tirpinimo galios šlapimo mėginiai buvo švirkščiami į sistemą be jokių daug laiko reikalaujančių baltymų nusodinimo ir (arba) vaistų ekstrahavimo etapų.

Taip pat buvo sukurtas HPLC metodas zileutono ir jo neaktyvaus N-dehidroksilinto metabolito plazmoje nustatymui [24].


DISKUSIJA

Lapų chlorofilo indeksas ir kukurūzų lapų azoto koncentracija

Taikytas N normas kukurūzai absorbavo, ką rodo padidėjusi N lapų koncentracija ir LCI, kai N yra vienas iš chlorofilo molekulės komponentų (Galindo ir kt., 2016). Buvo atlikti keli tyrimai, kuriuose buvo pranešta apie teigiamą tiesinę koreliaciją su LCI ir didėjantį N kiekį kukurūzų pasėliuose. Kappes ir kt. (2013a) panaudojo iki 90 kg ha -1 azoto kaip karbamidą, o Kappes ir kt. (2014) naudojo 0, 50, 100 ir 150 kg ha -1 N kaip karbamidą ir abu pranešė apie tiesinį ryšį tarp N normos ir LCI matavimų. Nors mūsų tyrime LCI vertės yra gana didelės, net ir kontroliniuose pasėliuose (atitinkamai nuo 61 iki beveik 71), rezultatai yra panašūs į literatūroje pateiktus rezultatus. Kappes ir kt. (2013a) pranešė, kad LCI vertės svyruoja nuo 45,8 iki 62,9, o Kappes ir kt. (2014) pranešė, kad LCI vertės svyruoja nuo 55,3 iki 62,1.

Kalbant apie N lapų koncentraciją, panašius rezultatus gavo Costa ir kt. (2012), kurie pastebėjo tiesinį ir teigiamą N normų poveikį N koncentracijai lapų audinyje. Verta paminėti, kad N lapų koncentracija buvo pakankama (27–35 g kg–1) (Cantarella ir kt., 1997), net ir kontroliniuose pasėliuose (27,21 g kg–1). Tačiau pažymėtina didesnis ankstesnio ciklo kukurūzų hibridų N poreikis ir didesnis gamybos potencialas.

Panašus rezultatas tarp LCI N šaltinių gali būti siejamas su panašia N koncentracija lapuose, gautais naudojant karbamidą ir karbamidą su ureazės inhibitoriumi NBPT. Tai gali būti dėl prasto NBPT efektyvumo neutralizuojant ureazės fermentus dirvožemyje. Kai kurios NBPT neveiksmingumo ureazės aktyvumui kontroliuoti priežastys galėjo būti dėl to, kad dalis praėjusių metų kviečių pasėlių šiaudų liko dirvos paviršiuje, o metai buvo išskirtinai karšti (1 pav.). Panašiai ir kiti tyrimai neparodė reikšmingų derliaus skirtumų tarp karbamido ir pagerintų N šaltinių su lėtai atpalaiduojančiais polimerais kukurūzuose (Queiroz ir kt., 2011, Valderrama et al., 2011, Galindo ir kt., 2016).

Kalbant apie teigiamus LCI inokuliacijos rezultatus, Müller ir kt. (2016) ir Galindo ir kt. (2016) nustatė, kad kukurūzų augalai, kurie buvo užkrėsti A. brasilense turėjo didesnį LCI nei augalai, kurie nebuvo pasėti. Teigiamas atsakas į skiepijimą šia diazotrofine bakterija buvo gautas net tada, kai pasėliai auginami tokiomis sąlygomis, kurios užtikrino pakankamą azoto kiekį optimaliam augimui (Galindo ir kt., 2017c). Tai rodo, kad teigiamas augalų atsakas į inokuliaciją atsiranda ne tik dėl žolėse esančio BNF, bet ir dėl augalų augimo hormonų, įskaitant indolacto rūgštį, gibereliną ir citokininą, gamybos (Galindo ir kt., 2017c), kurie gali būti labai svarbūs. vaidmuo skatinant augalų augimą (Bashan ir de-Bashan, 2010). Pasak Pankievicz ir kt. (2015), skiepijimas su A. brasilense gali pagerinti vystymąsi ir šaknų sistemos augimą Setaria viridis žolė dėl didesnio CO2 fiksacija ir mažesnis fotoasimiliuotos anglies kaupimasis lapuose, dėl to didesnis augimas virš žemės, didesnis vandens kiekis audiniuose ir mažesnis stresas. Be to, padidėjusi indolacto rūgšties gamyba gali pagerinti maistinių medžiagų pasisavinimą greičiau augant šaknų sistemai (Hungria ir kt., 2010).

Kukurūzų biometriniai įvertinimai ir produktyvūs komponentai

Castro ir kt. (2008) pranešė, kad augalo aukščiui įtakos turi azoto kiekis dirvožemyje, nes ši maistinė medžiaga tiesiogiai dalyvauja fotosintezės procese ir ląstelių dalijimuisi bei plėtrai. Grossas ir kt. (2006) rekomenduoja N įterpti vieną ar du kartus per sezoną, nes teigiamas poveikis augalų aukščiui ir kukurūzų grūdų derliui. Tačiau verta paminėti, kad augalų aukštis ne visada koreliuoja su produktyvumu, nes šiuolaikiniai hibridai, turintys didelį produktyvumą, dažniausiai yra žemesnio aukščio (Cruz ir kt., 2008). Mūsų tyrime buvo pastebėta, kad didėjantis N kiekis padidino N prieinamumą, o tai galbūt padidino N grūdų kaupimąsi ir vėliau padidino augalo aukštį, varpos skersmenį, grūdų skaičių viename smaigalyje, 100 grūdų masę ir kukurūzų grūdų derlių.

Kalbant apie 100 grūdų masę, grūdų masė yra charakteristika, kurią įtakoja genotipas, klimato sąlygos ir maistinių medžiagų prieinamumas grūdų užpildymo etapais (Chen ir kt., 2012). Be to, Mello ir kt. (2017), šis produktyvus komponentas labai priklauso nuo kukurūzų N pasisavinimo, kuris pasisavinimo piką pasiekia laikotarpiu nuo žydėjimo pradžios iki grūdų formavimosi pradžios. Azoto trūkumas šiuo laikotarpiu gali prisidėti prie mažesnės savitosios masės grūdų susidarymo dėl tinkamo maistinių medžiagų kiekio neperkėlimo, o tai pateisina šiame tyrime pastebėtą padidėjusią 100 grūdų masę padidinus N normas.

Dėl sėklų skiepijimo su A. brasilense, stiebo skersmens padidėjimas skiepijant yra įdomus, nes ši morfologinė charakteristika buvo labiau susijusi su kukurūzų išgulimo ar augalų lūžimo procentine dalimi. Be to, pranešta, kad stiebo skersmuo yra svarbus didelio derlingumo veiksnys, nes kuo didesnis skersmuo, tuo didesnis augalo pajėgumas kaupti fotoasimiliatus, kurie prisideda prie grūdų užpildymo (Cruz ir kt., 2008 Lana ir kt., 2009). o tai taip pat pateisina LCI, varpos ilgio ir grūdų derliaus padidėjimą, patikrintą šiame tyrime kaip inokuliacijos funkciją. A. brasilense. Skiepijimas su A. brasilense taip pat padidino ausų ilgį, palyginti su gydymu nesokuliuotais. Gali būti, kad skiepijimas su A. brasilense palankiai veikia pagerėjusios šaknų sistemos vystymąsi, o tai lemia didesnį vandens ir maistinių medžiagų pasisavinimą, o tai teigiamai paveikė augalo mitybos būklę. Vandens ir maistinių medžiagų kiekis, siunčiamas į ausį, yra tiesiogiai susijęs su augalo maistine būkle, geriau maitinamas kukurūzų augalas linkęs geriau išvystyti savo smaigalį, o tai rodo ilgis.

Gali būti, kad atsako į N šaltinius stoka yra dėl to, kad drėkinant plotą labai sumažėja N-NH.3 garavimas tikriausiai įvyko dėl padidėjusio trąšų ir dirvožemio dalelių kontakto, dėl kurio padidėjo NH4 + adsorbcija dirvožemyje (Silva ir kt., 1995), o NBPT poveikis mažinant lakiųjų nuostolius sumažėjo esant dideliems N normoms (Silva et al., 2017). Be to, teigiamo poveikio, susijusio su karbamido naudojimu su NBPT, mastas labai skiriasi priklausomai nuo dirvožemio savybių, pasėlių valdymo ir klimato sąlygų, kurios keičia NH.3 lakavimas tręšimo metu ir pirmomis dienomis po šios praktikos (Cantarella ir kt., 2008 Tasca ir kt., 2011). Keli tyrimai rodo, kad ureazės inhibitorių pridėjimas prie karbamido sulėtina NH3 garavimo pikas, kuris įprastinio karbamido atveju koncentruojasi pirmą savaitę po trąšų įterpimo į dirvos paviršių (Cantarella ir kt., 2008 Rochette ir kt., 2009 Tasca ir kt., 2011). Tokiu būdu eksperimentinės teritorijos drėkinimas netrukus po tręšimo azotu, susijęs su krituliais, kurie iškrito tą savaitę, kai trąšos buvo įterptos pirmaisiais metais (45 mm kritulių nuo 2014 m. sausio 11 d. iki 16 d., praėjus 3 dienoms po tręšimo). azoto trąšų 1A pav.) ir antraisiais metais (2015 m. sausio 14 d. iškrito 19 mm kritulių, 2015 m. sausio 21 d. – 21 mm, atitinkamai praėjus 10 ir 17 d. po azoto trąšų įterpimo, 1B pav.) sumažinti karbamido išgarinimo nuostolius, užtikrinant panašų poveikį kaip ir karbamidui naudojant NBPT. Todėl karbamido su NBPT naudojimas karštomis dienomis ir sausomis savaitėmis, įprasta klimato sąlyga nuo balandžio iki rugsėjo Brazilijos savanoje, gali būti labai naudinga, paaiškinant naujus tyrimus.

Tyrimai, kuriuose naudojamas polimeru dengtas karbamidas, palyginti su įprastiniu karbamidu, parodė panašų poveikį (Queiroz ir kt., 2011 Mello ir kt., 2017). Be to, Valderrama ir kt. (2011), lygindami įprasto karbamido ir tirpaus polimeru padengto karbamido poveikį, nerado pranašumų su karbamido kapsuliavimu su polimerais, skirtais kukurūzams, auginamiems Brazilijos Cerrado. Kadangi šaltiniai neturėjo įtakos atliktiems pagrindiniams vertinimams, karbamidas tampa naudingesnis dėl geresnio sąnaudų ir naudos santykio, sutinka su Queiroz ir kt. (2011) ir Maestrelo ir kt. (2014 m.).

Kita vertus, skirtingai nei šiame tyrime, Abalos ir kt. (2014) patvirtina hipotezę, kad karbamido inhibitoriaus NBPT naudojimas yra tinkamiausias pasirinkimas, jei nuostoliai per NH.3 tikimasi, kad nepastovumas bus didelis. Pasak Abalos ir kt. (2014), tokiomis sąlygomis, kai tręšiama daug N trąšų ir skatinamas didelis drenažas, naudojant drėkinamas sistemas karbamido su inhibitoriumi NBPT efektyvumas gali būti didesnis. Tačiau autorius padarė išvadą, kad reikalingi nauji tyrimai, siekiant pagerinti mūsų supratimą apie sąlygas, kuriomis padidinto efektyvumo trąšos yra ekonomiškai perspektyvios, ir palyginti jų efektyvumą su kitomis galimybėmis, tokiomis kaip geresnis vandens ir N trąšų valdymas.

Azoto naudojimo efektyvumas, kukurūzų grūdų derlingumas ir ekonominė analizė

NUE sumažėjimas kaip N greičio padidėjimo funkcija gali būti siejamas su N praradimu, kaip aiškiai aprašyta literatūroje. Didesnės N normos lemia didesnius nuostolius ir mažesnį pasėlių panaudojimą, nes augalų mitybos poreikis yra ribotas (Galindo ir kt., 2016). Augalai per tam tikrą laiką sugeba pasisavinti tam tikrą kiekį maistinių medžiagų. Išteptas ir neįsisavintas N gali būti prarastas, sumažinant tręšimo su didesnėmis N normomis efektyvumą, kaip literatūroje teigiama kaip mažėjančios grąžos dėsnis.

NUE padidėjimas dėl inokuliacijos A. brasilense buvo akcentuojamas. Vidutiniškai paskiepytų NUE buvo 3,5 karto didesnis nei neskiepytų NUE. Pasak Cormier ir kt. (2013), NUE gerinimui gali būti sukurtos dvi strategijos: išlaikyti aukštą derlių mažinant N pasiūlą ir (arba) didinti derlių esant pastoviam N pasiūlai. Remiantis gautais rezultatais, skiepijimas su Azospirillum brasilense yra labai įdomi N efektyvumo gerinimo strategija ir gali būti naudojama norint sumažinti naudojamas N trąšų normas, išlaikant tą patį NUE ir nedarant neigiamo poveikio grūdų derliui.

Kalbant apie grūdų derlių, keliuose tyrimuose buvo pranešta apie kukurūzų grūdų derliaus padidėjimą taikant didėjančias N normas (Kitchen ir kt., 2009 Holland ir Schepers, 2010 Venterea ir kt., 2011 Kappes ir kt., 2014 Galindo ir kt.). , 2016), patvirtinančius dabartinio tyrimo rezultatus. Taip pat Galindo ir kt. (2016) patvirtino, kad didžiausias kukurūzų grūdų derlius buvo gautas, kai N buvo tiekiamas didesnėmis normomis viršutinio tręšimo metu, ir kad NH.3 karbamido garavimo nuostoliai, atsirandantys laistomame kukurūzų pasėlyje, nesumažino grūdų derliaus. Autorių teigimu, tuo laikotarpiu, kai augalui reikia didesnio maistinių medžiagų kiekio, dirvožemio tirpale buvo N. Paaiškinimas tikriausiai būtų toks, kad sėjos metu panaudoto azoto jau yra dirvos tirpale ir, įdėjus azoto, augalas turi didesnį kiekį maistinių medžiagų, kurias reikia pasisavinti.

Buvo patvirtinta, kad kukurūzų grūdų derliaus padidėjimas, kaip pasėjimo funkcija, lyginant su nesokuliuotu apdorojimu, patikrintu šiame tyrime, buvo 1012,05 kg ha –1 (atitinka 14,3 %). Be to, remiantis gautais rezultatais, net taikant dideles N normas, susijusias su inokuliacija su A. brasilense kukurūzų grūdų derliui nebuvo neigiamos įtakos, o tai rodo, kad didelės N normos nepanaikina inokuliacijos naudos. A. brasilense. Kappes ir kt. (2013b) pranešė, kad kukurūzai, užkrėsti A. brasilense derlius padidėjo 9,4%. Cavallet ir kt. (2000) pranešė, kad kukurūzų derlius padidėjo 17 %, kai sėklos buvo pasėtos Azospirillum spp. Galindo ir kt. (2018) patvirtino, kad kukurūzų grūdų derlius padidėjo 5,7 % pasėjus sėklas A. brasilense, naudojant penkias N normas viršutiniam tręšimui, o vidutinis grūdų derlius viršija 9826 kg ha -1 . Panašius rezultatus gavo Müller ir kt. (2016), kur kukurūzų derlius buvo 3,8 % didesnis pasėjus sėklas A. brasilense lyginant su kontrole, vidutinis grūdų derlius viršija 11 000 kg ha -1 . Hungria ir kt. (2010) taip pat gavo kukurūzų derliaus padidėjimą 27%, o tai atitinka 743 kg ha -1.

Hungria (2011) teigimu, kukurūzų sėklų skiepijimo poveikis grūdų derliui, be aplinkos sąlygų, priklauso ir nuo augalų bei padermių (bakterijų) genetinių savybių. Šia prasme genotipų sąveika su veiksmingomis bakterijų padermėmis yra pagrindinis faktas, lemiantis sėkmingą biologinį N fiksavimą žolėse (Lana ir kt., 2012), ir gali paaiškinti kukurūzų grūdų derliaus padidėjimo kitimą, patvirtintą tyrimo metu. literatūra.

Kukurūzų grūdų derlius padidėjo dėl skiepijimo su A. brasilense dažniausiai priskiriami daugeliui mechanizmų, įskaitant, bet neapsiribojant, fitohormonų (pavyzdžiui auksino, citokinino ir giberelino) sintezę, N mitybos ir naudojimo gerinimą, lapų fotosintezės parametrų gerinimą, streso susilpnėjimą / sumažinimą ir biologinius. kai kurių patogeninių sukėlėjų kontrolė (Bashan ir de-Bashan, 2010). Šiame tyrime pagrindiniai vertinimai, kuriems turėjo teigiamos įtakos inokuliacija, buvo LCI, stiebo skersmuo, varpos ilgis ir NUE, kurie teigiamai atspindėjo kukurūzų grūdų derliaus padidėjimą, taigi ir kukurūzų auginimo pelningumo padidėjimą, kai jie buvo pasėti. A. brasilense.

Kalbant apie ekonominę analizę, didžiausios TOC gydant karbamidą su NBPT ir inokuliuojant A. brasilense yra dėl šių žemės ūkio sąnaudų. Vidutinė kaina, kurią ūkininkai sumokėjo už karbamidą ir karbamidą su NBPT, buvo atitinkamai 599,33 USD ir 673,40 USD už toną. Dėl skiepijimo su A. brasilense, išlaidos sudarė apie 3,37 USD už dozę, o abiem kukurūzų pasėliams buvo panaudotos dvi dozės vienam hektarui, iš viso 6,74 USD. Kadangi karbamidas su NBPT nepadidėjo grūdų derliaus, OP taip pat nebuvo palanki, tačiau skiepijimas A. brasilense Vidutiniškai per 2 auginimo metus grūdų derlius padidėjo 15,7 %, o dėl mažų įsigijimo ir panaudojimo išlaidų (tik 0,71 % TOC 6,74 USD už ha) padidėjo OP auginant kukurūzus, neatsižvelgiant į azoto šaltinį. ir taikomas tarifas.

Atsižvelgiant į taikytų N normų kainą ir jų pateiktą OP, 100 kg ha -1 azoto panaudojimas kaip karbamido šaltinis, susijęs su A. brasilense užtikrino didesnį kukurūzų auginimo pelningumą (360,84 USD), o neskiepant, didžiausias pelningumas gautas netręšant azotu (174,88 USD), VP skirtumas 106,34 proc. A. brasilense padidinti NUE, grūdų derlių ir kukurūzų derliaus pelningumą.

Brazilija yra trečia pagal dydį kukurūzų gamintoja ir antra pagal dydį eksportuotoja pasaulyje, kurioje auginama apie 16,5 mln. ha (CONAB, 2018). Taigi, remiantis pelningumo padidėjimu, gautu paskiepijus A. brasilense kukurūzų pasėliuose, ūkininkams perėmus šią technologiją ir dėl didelės gamybos apimties bei ploto, galima padidinti pelną, gautą iš šios veiklos iki milijonų dolerių per metus, o tai teigiamai veikia Brazilijos žemės ūkio gamybą. sistema. Tai gali būti ekstrapoliuota į atogrąžų sąlygas ateityje ir išplito keliose šalyse, o tai bus naudinga pasaulio žemės ūkiui.

Gauti rezultatai rodo naudą kukurūzų grūdų derliui, atsižvelgiant į sėklų pasėjimo funkciją A. brasilense. Dėl mažų ekonominių sąnaudų, naudojimo paprastumo, netoksiškumo aplinkai ir didelio kukurūzų pasėlių reakcijos potencialo, net ir naudojant N normą, kuri laikoma didele BNF, skiepijimas A. brasilense greičiausiai tai bus technologija, kurią vis dažniau naudoja ūkininkai.