Microbial ecology under transient r

Microbial ecology under transient regimes
As a result of fluctuating industrial activity, full-scale biofilters are usually operated under changing conditions in terms of gas stream composition, concentration, and flow rate, which can impair their functional performance (Kraakman 2003). It is thus of prime importance to identify the factors and magnitude of changing conditions that can alter the functioning and biological composition of the biofilters.
Substrate pulses as a transient regime
Apart from perturbations of operating parameters (e.g., moisture, temperature), different kinds of load perturbations have been applied at lab-scale to study the biofilter transient response, such as starvation and step increase of contam¬inant load. However, we believe that abrupt and transient increases of load during short periods (“shock loads”) are more likely to mimic the feed fluctuations observed at industrial facilities.
As ephemeral events of resource superabundance (Holt 2008), resource pulses induce microbial responses in terms of growth and decay rates or enzymatic activity (Carrero- Colón et al. 2006; Ergon et al. 2001), leading to potential shifts in biofilter microbial community structure (Yang et al. 2008). However, whether the responses of the biological component to resource pulses reflect genetic or physiologic adaptation is still unclear (Carrero-Colón et al. 2006; Holt
2008) . The physiological effects may regulate the short-term stress response, whereas shifts in community composition are more likely to regulate the response over longer periods (Schimel et al. 2007).
From an ecological perspective, we report here the response of biofiltration communities undergoing a disturbance regime according to an integrated three-level framework, in terms of resistance, resilience, and memory.
Resistance
The resistance capacity is defined as the degree to which the microbial composition remains unchanged in the face of a disturbance (Allison and Martiny 2008). Most studies highlight that the composition of biofiltration communities is sensitive to changes of gas concentration (Borin et al. 2006) or composition (Hayes et al. 2010; Shim et al. 2006). This poor structural resistance capacity in the face of environment disturbance is also reported in wastewater ecosystems (Dollhopf et al. 2001; Nadarajah et al. 2007; Sundh et al. 2003) and soils (Li et al. 2007; Widenfalk et al. 2008).
These composition changes can be interpreted as the differential effects of the disturbance on the different populations within the community. The stress-associated cost falls differently on different organisms, depending on their inherent tolerance and acclimation capacities (Schimel et al. 2007). Indeed, the potential toxic effect of contam¬inants is species-selective (Song and Kinney 2005; Szabo et al. 2007), while the growth-benefit effect of resource increase during shock loads depends on the species kinetic strategy. It favors the growth of r-strategists at the expense of K-strategists (Chesson et al. 2004).
The lack of ecological resistance is generally not correlated to a poor functional resistance. On the contrary, the composition changes reflect the plasticity and flexibility of the community, i.e., its ability to maintain stable functional traits via rapid adaptations to environmental fluctuations (Fernandez et al. 2000; Loreau et al. 2001). It is well-documented that communities displaying distinct species composition (before and after the disturbance) can yet fulfill the same global macroscopic function, thus supporting the concept of functional redundancy (Botton et al. 2006; Briones and Raskin 2003).
The effect of diversity on resistance is less predictable. The lower the diversity, the more the system resistance will depend on the stress sensitivity or tolerance of the dominant species. (Hillebrand et al. 2008). In other words, the ecosystem function is affected by the extinction order of its species following a disturbance. In absence of compen¬sation, if the most extinction prone species are the most functionally efficient, then the ecosystem function will be disrupted more rapidly than predicted by random species loss (Larsen et al. 2005).
On another hand, communities considered as ecologi-cally resistant (composition-stable) can actually respond to substrate pulses by physiological modifications implying variations of enzymatic activity (Carreiro et al. 2000) or gene expression rate (Callister et al. 2009; Gunsch et al.
2007). The physiological response to stress infers a change of resource allocation from growth to survival pathways (Schimel et al. 2007).
Resilience
The engineering resilience is the rate at which a system returns to its original state after being disturbed (Holling 1973).
From a functional point of view, gas biofilters usually show high resilience capacity, as they are able to recover high and stable removal performance after¬shocks (e.g. Cabrol 2010). However, from an ecological point of view, there is no study of structural resilience in gas biofilters to date.

Kết quả (Việt) 1:

Vi khuẩn sinh thái dưới chế độ tạm thờiLà kết quả của hoạt động công nghiệp biến động, quy mô đầy đủ biofilters thường được hoạt động dưới thay đổi các điều kiện về khí dòng thành phần, tập trung, và tốc độ dòng chảy, mà có thể làm giảm hiệu suất của họ chức năng (Kraakman năm 2003). Đây là nguyên tố quan trọng để xác định các yếu tố và tầm quan trọng của việc thay đổi điều kiện có thể thay đổi các thành phần hoạt động và sinh học của các biofilters.Bề mặt xung là một chế độ tạm thờiNgoài việc nhiễu loạn thông số hoạt động (ví dụ, độ ẩm, nhiệt độ), tải nhiễu loạn khác nhau đã được áp dụng ở quy mô phòng thí nghiệm để nghiên cứu phản ứng thoáng qua biofilter, chẳng hạn như đói và bước tăng tải trọng contam¬inant. Tuy nhiên, chúng tôi tin rằng đột ngột và thoáng qua tăng tải trọng trong trong thời gian ngắn ("sốc tải") có nhiều khả năng bắt chước những biến động nguồn cấp dữ liệu quan sát tại các cơ sở công nghiệp.Là sự kiện không lâu của tài nguyên nương (Holt 2008), nguồn lực xung tạo ra vi khuẩn hồi đáp về tăng trưởng và tỷ giá phân rã hoặc hoạt động enzyme (Carrero-Colón et al. 2006; Ergon et al. năm 2001), dẫn đến các thay đổi tiềm năng trong cấu trúc cộng đồng vi sinh vật biofilter (Yang et al. 2008). Tuy nhiên, cho dù các phản ứng của các thành phần sinh học để nguồn xung phản ánh thích ứng di truyền hoặc physiologic là vẫn còn chưa rõ ràng (Carrero-Colón et al. 2006; Holtnăm 2008). Sinh lý ảnh hưởng có thể điều chỉnh phản ứng căng thẳng ngắn hạn, trong khi các thay đổi trong thành phần của cộng đồng có nhiều khả năng để điều chỉnh các phản ứng trong thời gian dài hơn (Schimel et al. 2007).Từ một quan điểm sinh thái, chúng tôi báo cáo ở đây các phản ứng của cộng đồng biofiltration trải qua một chế độ xáo trộn theo một khuôn khổ cấp ba tích hợp, trong điều khoản của kháng chiến, khả năng đàn hồi và bộ nhớ.Kháng chiếnKhả năng kháng được định nghĩa là mức độ mà các thành phần vi khuẩn vẫn không thay đổi khi đối mặt với một xáo trộn (Allison và Martiny năm 2008). Hầu hết các nghiên cứu làm nổi bật mà thành phần của cộng đồng biofiltration là nhạy cảm với thay đổi của nồng độ khí (Borin et al. 2006) hoặc thành phần (Hayes et al. 2010; Shim et al. 2006). Khả năng kháng cấu trúc nghèo này khi đối mặt với môi trường xáo trộn cũng được báo cáo trong hệ sinh thái nước thải (Dollhopf et al. năm 2001; Nadarajah et al. 2007; Sundh et al. 2003) và đất (Li et al. 2007; Widenfalk et al. 2008).Những thay đổi thành phần có thể được hiểu là những tác động vi sai của sự xáo trộn trên các quần thể khác nhau trong cộng đồng. Chi phí liên quan đến căng thẳng một cách khác nhau rơi vào ngày sinh vật khác nhau, tùy thuộc vào của họ vốn có khoan dung và acclimation năng lực (Schimel et al. 2007). Thật vậy, ảnh hưởng độc hại tiềm năng của contam¬inants là loài chọn lọc (bài hát và Kinney 2005; Szabo et al. 2007), trong khi tác dụng tăng trưởng lợi ích của tài nguyên tăng trong sốc tải phụ thuộc vào loài động chiến lược. Nó ủng hộ sự phát triển của r-nhà chiến lược tại chi phí của K-nhà chiến lược (Chesson et al. năm 2004).Thiếu sinh thái kháng chiến nói chung không tương quan với một sức đề kháng kém chức năng. Ngược lại, phản ánh những thay đổi thành phần dẻo và tính linh hoạt của cộng đồng, tức là, khả năng của mình để duy trì ổn định chức năng đặc điểm thông qua nhanh chóng thích hợp với việc biến động môi trường (Fernandez et al. năm 2000; Loreau et al. năm 2001). Đó là các tài liệu mà cộng đồng Hiển thị các thành phần khác biệt loài (trước và sau khi sự xáo trộn) có thể được thực hiện chức năng cùng một vĩ mô toàn cầu, do đó hỗ trợ các khái niệm về chức năng dự phòng (Botton et al. 2006; Briones và Raskin 2003).Tác dụng của sự đa dạng về sức đề kháng là ít dự đoán được. Thấp sự đa dạng, càng có nhiều sức đề kháng của hệ thống sẽ phụ thuộc vào độ nhạy cảm căng thẳng hoặc khoan dung của loài thống trị. (Hillebrand et al 2008). Nói cách khác, chức năng hệ sinh thái bị ảnh hưởng bởi bộ tuyệt chủng của các loài của nó sau một xáo trộn. Trong sự vắng mặt của compen¬sation, nếu các loài dễ bị tuyệt chủng hầu hết là đặt chức năng hiệu quả, sau đó các chức năng hệ sinh thái sẽ được phá vỡ nhanh hơn dự đoán của loài ngẫu nhiên mất (Larsen et al. 2005).Mặt khác, cộng đồng được coi là như ecologi cally kháng (thành phần-ổn định) thực sự có thể đáp ứng với bề mặt xung bởi sinh lý Sửa đổi ngụ ý biến thể của enzym để hoạt động (Carreiro et al. 2000) hoặc tỷ lệ biểu hiện gen (Callister et al. 2009; Gunsch et al.Năm 2007). các phản ứng sinh lý để căng thẳng infers một sự thay đổi trong phân bổ nguồn lực từ tăng trưởng để con đường tồn tại (Schimel et al. 2007).Khả năng đàn hồiKhả năng phục hồi kỹ thuật là mức độ mà một hệ thống trở lại trạng ban đầu sau khi quấy rầy (Holling 1973).Từ một quan điểm chức năng của xem, khí biofilters thường hiển thị khả năng khả năng đàn hồi cao, như họ có thể phục hồi cao và ổn định loại bỏ hiệu suất after¬shocks (ví dụ như Cabrol 2010). Tuy nhiên, từ một điểm sinh thái quan, có là không có nghiên cứu về cấu trúc khả năng đàn hồi trong khí biofilters đến nay.

Kết quả (Việt) 2:

Sinh thái vi khuẩn dưới chế độ thoáng
Như một kết quả của dao động hoạt động công nghiệp, máy lọc sinh học quy mô toàn thường được vận hành dưới điều kiện thay đổi về thành phần dòng khí, nồng độ, và tỷ lệ, mà có thể làm giảm hiệu suất chức năng của họ (Kraakman 2003) chảy. Do đó nó là quan trọng để xác định các yếu tố và độ lớn của điều kiện thay đổi, có thể làm thay đổi chức năng và thành phần sinh học của lọc sinh học.
Xung Substrate như một chế độ thoáng
Ngoài nhiễu loạn của các thông số vận hành (ví dụ, độ ẩm, nhiệt độ), loại khác nhau của nhiễu loạn tải đã được áp dụng tại phòng thí nghiệm quy mô để nghiên cứu các phản ứng thoáng qua lọc sinh học, chẳng hạn như nạn đói và bước tăng tải contam¬inant. Tuy nhiên, chúng tôi tin rằng sự gia tăng đột ngột và tạm thời của tải trong thời gian ngắn ("tải trọng va đập") có nhiều khả năng bắt chước các biến động nguồn cấp dữ liệu quan sát tại các cơ sở công nghiệp.
Như những sự kiện vô thường của nguồn tài nguyên dồi dào (Holt 2008), xung nguồn gây ra phản ứng của vi sinh vật trong Xét về tốc độ tăng trưởng và tỷ lệ sâu răng hoặc hoạt động của enzyme (. Carrero- Colón et al 2006; Ergon et al 2001.), dẫn tới sự thay đổi tiềm năng trong lọc sinh học cấu trúc cộng đồng vi sinh vật (Yang et al 2008).. Tuy nhiên, cho dù các phản ứng của các thành phần sinh học để xung nguồn lực phản ánh sự thích nghi di truyền hoặc sinh lý vẫn còn chưa rõ ràng (Carrero-Colón et al 2006;. Holt
2008). Các hiệu ứng sinh lý có thể điều chỉnh các phản ứng căng thẳng ngắn hạn, trong khi sự thay đổi trong thành phần cấu tạo có nhiều khả năng điều tiết phản ứng trong thời gian dài (Schimel et al. 2007).
Từ quan điểm sinh thái, chúng tôi báo cáo ở đây phản ứng của cộng đồng pháp lọc sinh học trải qua một chế độ xáo trộn theo một khuôn khổ ba cấp tích hợp, về sức đề kháng, khả năng phục hồi, và bộ nhớ.
Resistance
Khả năng kháng được định nghĩa là mức độ mà các thành phần vi sinh vật vẫn không thay đổi khi đối mặt với một sự xáo trộn (Allison và Martiny 2008). Hầu hết các nghiên cứu nhấn mạnh rằng thành phần của cộng đồng lọc sinh học là nhạy cảm với những thay đổi của nồng độ khí (Borin et al 2006.) Hoặc thành phần (Hayes et al 2010;. Shim et al 2006.). Khả năng kháng cấu trúc nghèo này khi đối mặt với sự xáo trộn môi trường cũng được báo cáo trong các hệ sinh thái nước thải (Dollhopf et al 2001;. Nadarajah et al 2007;. Sundh et al 2003.) Và đất (Li et al 2007;.. Widenfalk et al 2008 ).
Những thay đổi thành phần có thể được hiểu như là các tác động khác nhau của sự xáo trộn trên các quần thể khác nhau trong cộng đồng. Các chi phí liên quan đến căng thẳng rơi khác nhau trên các sinh vật khác nhau, tùy thuộc vào sự khoan dung và sự thích nghi năng lực vốn có của họ (Schimel et al. 2007). Thật vậy, hiệu ứng độc hại tiềm tàng của contam¬inants là loài chọn lọc (Song và Kinney 2005;. Szabo et al 2007), trong khi ảnh hưởng tăng trưởng lợi ích của tăng nguồn lực trong quá trình tải sốc phụ thuộc vào các loài động chiến lược. Nó ủng hộ sự phát triển của r-chiến lược gia tại các chi phí của K-chiến lược (Chesson et al. 2004).
Việc thiếu kháng sinh thái nói chung là không tương quan với một sức đề kháng kém chức năng. Ngược lại, những thay đổi thành phần phản ánh sự mềm dẻo và linh hoạt của cộng đồng, tức là, khả năng của mình để duy trì tính trạng chức năng ổn định thông qua sự thích nghi nhanh chóng với những biến động môi trường (Fernandez et al 2000;. Loreau et al 2001.). Nó cũng ghi nhận rằng cộng đồng hiển thị thành phần loài riêng biệt (trước và sau khi xáo trộn) nhưng vẫn có thể thực hiện các chức năng tương tự vĩ mô toàn cầu, do đó hỗ trợ các khái niệm dư thừa chức năng (Botton et al 2006;. Briones và Raskin 2003).
Tác dụng của đa dạng về kháng là khó dự đoán hơn. Việc hạ thấp đa dạng, càng có nhiều kháng hệ thống sẽ phụ thuộc vào sự nhạy cảm stress hay khoan dung của các loài ưu thế. (Hillebrand et al. 2008). Nói cách khác, các chức năng của hệ sinh thái bị ảnh hưởng bởi lệnh tuyệt chủng của các loài của nó sau một sự xáo trộn. Trong trường hợp không có compen¬sation, nếu hầu hết các loài dễ bị tuyệt chủng là các chức năng hiệu quả nhất, sau đó các chức năng hệ sinh thái sẽ bị phá vỡ nhanh hơn dự đoán của suy giảm các loài ngẫu nhiên (Larsen et al. 2005).
Mặt khác, cộng đồng coi như ecologi -cally kháng (thành phần ổn định) thực sự có thể đáp ứng với chất nền xung bằng cách thay đổi sinh lý ngụ ý các biến thể của hoạt động enzim hoặc tỷ lệ biểu hiện gen (Callister et al 2009..; Gunsch et al (Carreiro et al., 2000)
2007). Các phản ứng sinh lý với stress suy ra một sự thay đổi trong phân bổ nguồn lực từ tăng trưởng đến con đường sống sót (Schimel et al 2007)..
Ứng phó
các khả năng phục hồi kỹ thuật là tốc độ mà một hệ thống trở về trạng thái ban đầu sau khi bị quấy rầy (Holling 1973).
Từ một điểm chức năng của xem, lọc sinh học thường là khí đốt cho thấy khả năng đàn hồi cao, vì chúng có thể phục hồi after¬shocks Hiệu quả xử lý cao và ổn định (ví dụ như Cabrol 2010). Tuy nhiên, từ một quan điểm sinh thái, không có nghiên cứu về khả năng phục hồi cấu trúc trong lọc sinh học khí cho đến nay.