Pitkittyvän hapettomuuden vaikutus Itämeren hiekkasedimenttien bakteeriyhteisöön : in situ -kenttäkoe

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:NBN:fi:hulib-201510193743
Title: Pitkittyvän hapettomuuden vaikutus Itämeren hiekkasedimenttien bakteeriyhteisöön : in situ -kenttäkoe
Author: Nieminen, Iina
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Agriculture and Forestry, Department of Food and Environmental Sciences
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2015
Language: fin
URI: http://urn.fi/URN:NBN:fi:hulib-201510193743
http://hdl.handle.net/10138/157463
Thesis level: master's thesis
Discipline: Mikrobiologi
Microbiology
Mikrobiologia
Abstract: Itämeri on yksi maailman suurimmista yhtenäisistä vähähappisista alueista, jonka hapettomuutta pahentavat ilmaston lämpeneminen ja rehevöityminen. Vähähappisten sedimenttien eläin- ja kasviyhteisöstä on paljon tutkimustietoa, mutta vähähappisten sedimenttien mikrobiyhteisöä ja sen reaktiota asteittain pitkittyvään hapettomuuteen on tutkittu vain vähän. Sedimentin mikrobiyhteisön muutos voi vaikuttaa laajasti ympäristöön ja muihin eliöihin, sillä mikrobit vaikuttavat ravinteiden ja muiden alkuaineiden kiertoihin. Joidenkin bakteerilajien suhteellisen osuuden nousu voi myös johtaa muille eliöille haitallisten aineenvaihduntatuotteiden, kuten myrkyllisen rikkivedyn lisääntymiseen. Tässä työssä tutkittiin Itämerestä kerättyjä hiekkasedimenttejä, joiden eliöyhteisöä oli häiritty aiheuttamalla sedimentteihin vähähappiset eli hypoksiset (< 2 ml O2 l-1) olosuhteet. Koepalstoilta vähennettiin hapen määrä peittämällä koeruudut happea läpäisemättömällä muovipeitteellä. Työssä tarkasteltiin sedimenttibakteeriyhteisön muutosta terminaalisella katkokirjoanalyysillä (T-RFLP) eripituisten käsittelyjen (0, 3, 7 ja 48 vuorokautta) kesken. Työssä tutkittiin, millainen vaikutus käsittelyillä oli bakteeriyhteisön monimuotoisuuteen ja miten bakteeritaksonien osuuksien muutos käsittelyissä voi vaikuttaa koko eliöyhteisön ja ympäristön toimintoihin. Hapettomuuden pitkittyminen vaikutti bakteeriyhteisön rakenteeseen ja etenkin sen monimuotoisuuteen. Permutaatioon perustuva ANOVA-testaus osoitti, että bakteeriyhteisöt poikkesivat toisistaan eri käsittelyjen välillä. Muutoksia näkyi bakteeriyhteisössä jo seitsemän vuorokauden käsittelyissä, ja etenkin 48 vuorokauden käsittelyissä bakteeriyhteisö ja sen monimuotoisuus oli muuttunut huomattavasti. Tulokset osoittivat, että hiekkasedimenttien bakteeriyhteisö muuttui hitaammin kuin eläinyhteisö. Mitä pidempään hapen pääsy sedimenttiin oli estetty, sitä enemmän sedimenteissä havaittiin deltaproteobakteereja ja etenkin myrkyllistä rikkivetyä tuottavia bakteerisukuja, kuten Desulfatiferula, Desulfovibrio ja Desulfofustis -sukuihin kuuluvia ehdottomia anaerobeja. Sulfaatin pelkistäjien lisääntyminen pitkittyvän hapettomuuden vaikutuksesta selitti rinnakkaisessa tutkimuksessa havaitun rikkivetypitoisuuden nousun (Villnäs ym. 2012), joka osaltaan saattoi heikentää pohjaeläinten kykyä selviytyä vähähappisissa olosuhteissa. Bakteeriyhteisössä havaittiin myös muutoksia, jotka vaikuttivat olevan yhteydessä muun muassa ammoniumin ja silikaatin vapautumiseen, joka voi pahentaa ympäristön rehevöitymistä ja hapettomien alueiden leviämistä. Tulosten perusteella bakteeriyhteisö häiriintyi hapettomuuden vaikutuksesta, ja muuttuneen yhteisön taksonit ja niiden toiminnot vastasivat myös muutoksia, joita havaittiin ympäristöstä mitatuista kemiallisista parametreista. Havainnot viittaavat siihen, että bakteeriyhteisö osaltaan vaikutti ympäristöön ja muihin eliöihin. Mikrobiyhteisöt onkin tärkeää ottaa huomioon, kun tarkastellaan erilaisten ympäristöä kuormittavien häiriötekijöiden vaikutuksia eri ekosysteemeihin.The Baltic Sea is one of the most extensive oxygen-depleted (hypoxic) areas. The hypoxic areas in the Baltic Sea are becoming more common due to climate change and anthropogenic eutrophication. The influence of hypoxia on sediment communities is in general well known, but the impact of different degrees of hypoxic stress on the functions of benthic microbial communities is less studied. Although the impact of microbes on benthic ecosystem functioning can be significant, the changes caused by hypoxia disturbed microbial communities are not well known. These changes can affect other organisms and environment globally because microbes influence nutrient and element cycles. Also some microbial species produce toxic hydrogen sulfide (H2S) in anaerobic conditions. This study investigated sandy sediments taken from the Baltic Sea whose organism communities were artificially disturbed by covering sediment plots with oxygen impermeable plastic sheets. Covering induced artificially hypoxia (< 2 ml O2 l-1) of different durations for 0, 3, 7 and 48 days. This thesis concentrated studying the bacterial communities of the disturbed sediments. Change in bacterial community was observed by terminal restriction fragment length polymorphism analysis (T-RFLP). The aim was find out how bacterial community composition and diversity changed in sediments influenced by increasing hypoxic disturbance. The conducted observations indicated how changes within the bacterial community can influence other organisms and environment. Results obtained by permutational ANOVA testing indicated that bacterial community composition, especially bacterial biodiversity, was influenced by artificially induced hypoxia lasting 48 days. A slight decrease in bacterial diversity was seen already after 7 days hypoxia. Overall bacterial community was more resistant to disturbance than animal fauna, which has been studied in parallel research (Villnäs ym. 2012). H2S-producing deltaproteobacteria (e.g. Desulfatiferula, Desulfovibrio and Desulfofustis) were observed in sediments which were disturbed the longest, which explains the H2S production detected in chemical data of the parallel study. This may have caused a decrease in macrofauna. Amounts of sulfate-reducing bacteria correlated with increases in ammonium and silicate, which may increase both eutrophication and anoxia in an aquatic system. Results indicated that bacterial community was disturbed due to increasing hypoxia, and changes in the bacterial community correlated with changes in chemical parameters. Observations suggest that changes in the composition of a bacterial community may influence an entire ecosystem. The composition of microbial communities should be taken into account when studying the impact of environmental disturbances on various ecosystems.
Subject: deltaproteobakteerit
hypoksia
Itämeri
monimuotoisuus
rikkivety
sedimentti
T-RFLP
bakteerit


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
Pro gradu_Nieminen Iina.pdf 1.152Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record