Characterisation and Quantification of the Fluxes of Particulate and Dissolved Nitrogen in the Unicellular Diazotroph Crocosphaera watsonii - Towards a Closed Nitrogen Budget - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2019

Characterisation and Quantification of the Fluxes of Particulate and Dissolved Nitrogen in the Unicellular Diazotroph Crocosphaera watsonii - Towards a Closed Nitrogen Budget

Caractérisation et quantification des flux d'azote particulaire et dissous chez le diazotrophe unicellulaire Crocosphaera watsonii - Vers un bilan d'azote fermé

Résumé

Nitrogen (N) fixation, or diazotrophy, exists as a major source of biologically available N in the marine environment, affecting important processes such as the marine food web and the biological carbon (C) pump. Despite this, important fluxes into and out of the dissolved N phase , which inform the overall N budgets of individual diazotrophs, are poorly understood. This is especially true of recently discovered diazotrophs which may not function to previously established paradigms. One such diazotroph is the unicellular cyanobacteria Crocosphaera watsonii (UCYN- B), which is easily culturable and widespread throughout sub-tropical oceans. Here we attempt to characterise N fluxes consequent to diazotrophy for Crocosphaera, including the importance of fluxes of nitrate (NO3-), ammonium (NH4+), and dissolved organic N (DON). Furthermore, we aim to use our results to assess the accuracy of commonly used biological N2 fixation assays. We first assessed the use of NO3- by Crocosphaera. To do this, batch cultures of Crocosphaera were grown long term with NO3-, with measurements made to quantify the uptake NO3- and its effect on diazotrophy, culture growth and other important physiological parameters. In short, we found little uptake with no effect on the assessed parameters, including diazotrophy. We next focussed on flux of DON and NH4+ in continuous cultures regulated for culture conditions such as temperature, turbidity, and pH. In addition we targeted light availability as an important parameter. Between two culture conditions of sub-saturating and saturating light, we found an important increase in N acquisition, C acquisition and cell population growth rate in the saturating light condition. Furthermore, we found a significant uptake of DON over a 24h period, with a far more important uptake in the sub saturating light scenario (42% v.s. 7%). We also found greater flux of NH4+ into the medium in said scenario. When using an isotopic approach, we found roughly 2.5-3.5% of recently fixed N was present in the medium after 24h. Our assessment of the accuracy of commonly used methodology found that 15N2 incubation consistently underestimated N2 fixation while the acetylene reduction assay overestimated. Overall however, 15N2 incubations were more reliable, especially when factoring in fluxes of dissolved N, which is often uncontrolled for. Our findings represent new perspectives into the importance of fluxes of dissolved N to N budgets of Crocosphaera watsonii.
La fixation de l'azote (N), ou diazotrophie, constitue une source majeure de N biologiquement disponible dans le milieu marin, affectant des processus importants tels que le réseau trophique marin et la pompe biologique de carbone (C). Malgré cela, les flux importants entrant et sortant de la phase N dissoute, qui informent les budgets N globaux des diazotrophes individuels, sont mal compris. Cela est particulièrement vrai des diazotrophes récemment découverts qui peuvent ne pas fonctionner selon les paradigmes précédemment établis. L'un de ces diazotrophes est la cyanobactérie unicellulaire Crocosphaera watsonii (UCYN-B), qui est facilement cultivable et répandue dans les océans subtropicaux. Ici, nous essayons de caractériser les flux de N consécutifs à la diazotrophie pour Crocosphaera, y compris l'importance des flux de nitrate (NO3-), d'ammonium (NH4+) et de N organique dissous (DON). En outre, nous visons à utiliser nos résultats pour évaluer l'exactitude des tests de fixation de N2 biologiques couramment utilisés. Nous avons d'abord évalué l'utilisation de NO3- par Crocosphaera. Pour ce faire, des cultures discontinues de Crocosphaera ont été cultivées à long terme avec NO3-, avec des mesures effectuées pour quantifier l'absorption de NO3- et son effet sur la diazotrophie, la croissance de la culture et d'autres paramètres physiologiques importants. En bref, nous avons trouvé peu d'absorption sans effet sur les paramètres évalués, y compris la diazotrophie. Nous nous sommes ensuite concentrés sur le flux de DON et de NH4+ dans des cultures continues régulées pour des conditions de culture telles que la température, la turbidité et le pH. De plus, nous avons ciblé la disponibilité de la lumière comme un paramètre important. Entre deux conditions de culture de lumière sous-saturante et saturante, nous avons trouvé une augmentation importante de l'acquisition de N, de l'acquisition de C et du taux de croissance de la population cellulaire dans la condition de lumière saturante. De plus, nous avons trouvé une absorption significative de DON sur une période de 24h, avec une absorption beaucoup plus importante dans le scénario de lumière sous-saturante (42 % contre 7 %). Nous avons également trouvé un plus grand flux de NH4+ dans le milieu dans ledit scénario. Lors de l'utilisation d'une approche isotopique, nous avons trouvé qu'environ 2,5 à 3,5 % de N récemment fixé étaient présents dans le milieu après 24h. Notre évaluation de la précision de la méthodologie couramment utilisée a révélé que l'incubation de 15N2 sous-estimait systématiquement la fixation de N2 tandis que le test de réduction de l'acétylène la surestimait. Cependant, dans l'ensemble, les incubations de 15N2 étaient plus fiables, en particulier en tenant compte des flux de N dissous, qui sont souvent non contrôlés. Nos résultats représentent de nouvelles perspectives sur l'importance des flux de bilans de N à N dissous de Crocosphaera watsonii.
Fichier non déposé

Dates et versions

tel-04028287 , version 1 (01-02-2023)
tel-04028287 , version 2 (14-03-2023)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04028287 , version 1

Citer

Benjamin Randall. Characterisation and Quantification of the Fluxes of Particulate and Dissolved Nitrogen in the Unicellular Diazotroph Crocosphaera watsonii - Towards a Closed Nitrogen Budget. Environmental Sciences. Université Pierre et Marie Curie (Paris 6), 2019. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-04028287v1⟩
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