A preliminary study on estimating extra-cellular nitrate reductase activities in estuarine systems

Une étude préliminaire d’estimation des activités nitrate réductase dans des systèmes estuariens

Department of Environmental, Geographic and Geological Sciences, Lehman College of the City University of New York, Bronx, NY 10468, USA

Corresponding author: hari.pant@lehman.cuny.edu

Received: 1 March 2009
Accepted: 15 June 2009 Revised: 10 June 2009

Abstract

Enzymes catalyzing ammonium (NH₄⁺)/nitrate (NO₃^–) into nitrous oxide (N₂O)/molecular nitrogen (N₂), play critical roles in water quality management. The objective of this paper was to investigate the role of extra-cellular enzymes in cycling of nitrogen (N) in aquatic systems. It appears that N in estuaries, salt marshes, etc., does not stay long enough to be available for uptake, thus, creating N limited conditions. This study showed that indigenous extra-cellular nitrate reductase along with others involved in N transformations in the waters/sediments of estuarine systems can cause complete removal of NH₄⁺ and NO₃^– from the waters and available NH₄⁺ and NO₃^– from the sediments. These results indicate that due to high extra-cellular nitrate reductase and other enzymes associated with N transformations in sediments/waters, substantial amounts of NH₄⁺ and NO₃^– can be quickly lost from the systems as N₂O and/or nitric oxide (NO), in turn, creating N limited conditions in estuarine systems. Such high activities of indigenous nitrate reductase and others are useful in removing readily bioavailable N from the systems, thereby avoidance of eutrophic conditions. However, they might contribute in increasing the N₂O, a potent greenhouse gas with global warming potential (GWP) of 296, in the atmosphere.

Résumé

Les enzymes catalysant les réactions ammonium (NH₄⁺)/nitrate (NO₃^–) en oxyde nitreux (N₂O)/molécule d’azote (N₂) jouent un rôle important dans la gestion de la qualité de l’eau. L’objectif de cet article est d’explorer le rôle des enzymes extracellulaires dans le cycle de l’azote (N) des écosystèmes aquatiques. Il apparaît que l’azote dans les estuaires, les marais salants, etc., ne reste pas assez longtemps pour être biodisponible, créant ainsi des conditions limitantes en azote. Cette étude montre que la nitrate réductase extracellulaire indigène avec d’autres enzymes impliquées dans les transformations de l’azote dans les sédiments et les eaux de systèmes estuariens peut causer une disparition de NH₄⁺ et NO₃^– des eaux et du NH₄⁺ et du NO₃^– des sédiments. Les résultats indiquent qu’en raison des activités extracellulaires en nitrate réductase et autres enzymes associées aux transformations de l’azote, une quantité importante de NH₄⁺ et NO₃^– peut rapidement quitter les systèmes sous forme de N₂O et/ou d’oxyde nitrique (NO), créant des conditions limites en N dans les systèmes estuariens. De telles activités de nitrate réductase indigène sont utiles en supprimant l’azote biodisponible des systèmes, évitant ainsi des conditions eutrophes. Toutefois ces enzymes contribuent à l’augmentation de N₂O dans l’atmosphère, gaz à effet de serre à fort potentiel de réchauffement (GWP) de 296.