Växtplankton utgör grunden i den marina näringsväven och används världen överför att bestämma miljöstatus i hav och sjöar. De ingår exempelvis som en kvalitetsfaktor i EU:s vattendirektiv och havsmiljödirektiv. Det finns långa tidsserier avväxtplanktonövervakning där analyserna utförts med mikroskopi. Det sker nu ensnabb internationell utveckling av DNA-metoder för att övervaka växtplankton.Målsättningen med detta projekt var att utveckla en praktisk och robust DNA analysmetod som kan implementeras i svensk marin miljöövervakning.Vårt tillvägagångssätt var att följa med på ordinarie marina miljöövervakningsexpeditioner under ett års tid (2019–2020) och ta parallella havsvattenprov för såkallad DNA-streckkodning av växtplankton. Sammanlagt tog vi prov vid 19 övervakningsstationer som var spridda från Bottenviken i norr till Skagerrak i söder.Provtagningsfrekvensen var cirka 1 gång per månad. Praktiska metoder utarbetadesför fältprovtagning, DNA-extraktion, sekvensering, bioinformatisk analys och taxonomisk annotering. Vi har även tagit fram system för datahantering hos nationelldatavärd och gett förslag på en ny datatyp för nationellt datavärdskap för marinbiologi och oceanografi vid Svenskt Oceanografiskt Datacentrum (https://sharkweb.smhi.se/hamta-data/).En viktig del har varit att jämföra resultaten av DNA-streckkodning och mikroskopi. Resultaten visar att DNA-streckkodning ger ungefär dubbelt så högt biodiversitetsmått än mikroskopering, även om det skiljer sig åt mellan olika grupperav växtplankton. För att undersöka om DNA-streckkodning kan användas förkvantitativ analys tillsatte vi en intern standard till proverna bestående av syntetisktDNA, men eftersom resultatet varierade så behöver man arbeta vidare med detta.Den relativa fördelningen av vanliga eukaryota växtplanktongrupper visade sig harelativt bra överensstämmelse mellan DNA-streckkodning och mikroskopimåttetkolbiomassa, medan biovolym och abundans skiljde sig åt mer. DNA-streckkodningvisade sig ge detaljerade utbredningsmönster av skadliga alger, till exempel försläktet Prymnesium bland häftalgerna (Coccolithophyceae).Vi har inom projektet kunnat utvärdera ekologiska drivkrafter för växtplanktonsamhällets diversitet och artsammansättning, genom att miljöövervakningen mätermånga fysikalisk-kemiska parametrar. Både salthalt och närsalter visade sig ha storinverkan på växtplanktonsamhällets sammansättning och diversitet.Sammanfattningsvis ser vi att den framtagna DNA-streckkodningsmetodenskulle vara ett bra komplement till den etablerade växtplanktonövervakningen.

Phytoplankton constitute the base of the marine food web and is used all over theworld to assess the quality status of marine and freshwater systems. Phytoplanktonare for example used in the EU Marine Strategy Framework Directive and in theEU Water Framework Directive. There are long time series of data from monitoringprograms, where phytoplankton are analyzed using microscopy. However, presentlyDNA methods are quickly emerging. The aim of this project was to develop a practical and robust method to analyze phytoplankton that can be implemented inSwedish marine monitoring programs.The project was performed by joining the regular marine monitoring cruisesfor a period of one year (2019–2020). We collected parallel seawater samples forDNA metabarcoding of phytoplankton. Nineteen stations were sampled, all theway from the Bothnian Bay in the northern Baltic Sea to the Skagerrak adjacent tothe North Sea, with a sampling frequency of ~1 sampling per month. Best practiceswere developed for field sampling, DNA extraction, sequencing, bioinformatics andtaxonomic annotation. We also produced a system for data handling at the nationalhost, and provided a new data type for national data host for marine biology andoceanography, the National Oceanographic Data Centre (https://sharkweb.smhi.se/hamta-data/).An important part of the project was to compare results from DNA metabarcoding and microscopy. In general, results of DNA metabarcoding gives about twiceas high biodiversity measures than microscopy, even though it varies betweendifferent phytoplankton groups. We found that the reference databases have shortcomings and need to be further developed. To find out if DNA metabarcoding canbe used quantitatively, we added an internal standard to the samples, composedof synthetic DNA strings. The analysis showed varying results, and therefore furtherdevelopment is needed. The distribution of common eukaryotic groups showedrelatively good agreement between DNA metabarcoding and the carbon biomassmicroscopy metric, while biovolume and abundance showed larger deviations.With DNA metabarcoding we were able to produce detailed maps of the occurrenceof potentially harmful algae, for example the genus Prymnesium.By using physicochemical data measured in the monitoring programs wehave looked for environmental drivers of phytoplankton diversity and communitycomposition. Both salinity and nutrients were shown to have significant impactson the phytoplankton communities.In summary, we think that the developed DNA metabarcoding method wouldbe a valuable complement to the established microscopy-based phytoplanktonmonitoring.

Växtplanktondata från provtagningar under perioden 1986–2021 längs Västra Götalands kust (Bohuskusten och Göteborgs skärgård) har analyserats. Fokus har varit åtta stationer som har tidsserier från 1991–2021 med provtagningar året om. Data från andra stationer har också använts. När det gäller klorofyll samt fysiska och kemiska parametrar finns ett större datamaterial med provtagningar på 14 stationer. En station i centrala Skagerrak har använts för jämförelser. Resultat från mikroskopanalys av prover visar på en relativt hög biodiversitet. Antal identifierade släkten är 195 och antalet arter är stort. Högst antal arter observeras under hösten, troligen som en effekt av transport av vatten från Nordsjön till Bohuskusten. Under den undersökta perioden har antal observerade släkten ökat. Om detta beror på en verklig ökning av biodiversiteten, t.ex. att arter som trivs i hög temperatur kommit till eller på andra faktorer, t.ex. att skickligheten hos de som analyserar prover ökat, går inte att utläsa från materialet. Strukturen på växtplanktonsamhället varierar under året och geografiskt. Havstensfjorden har en högre andel dinoflagellater jämfört med de flesta andra stationer. Flera arter som är nya för området har observerats, bl.a. Alexandrium pseudogonyaulax, Chaetoceros cf. peruvianus, Pseudosolenia calcar-avis och Dinophysis tripos. Växtplanktonbiomassan mätt som klorofyll a (0–10 m djup) har minskat i Koljöfjord, Havstensfjord, Byfjorden och vid Galterö (Stenungsund) under perioden 1991–2021 när man tittar på årsmedelvärden. Det gäller även om enbart värden från sommaren används. Då noteras även en minskning vid Stretudden (Brofjorden), vid Valö (Askimsfjorden) och station Å17 (öppna Skagerrak). Siktdjupet har ökat på flera platser sommartid: vid Byttelocket (Smögen), Stretudden (Brofjorden), Släggö (Gullmarsfjorden) och i Koljöfjorden. Koncentrationer under vintern av löst oorganiskt kväve (DIN = summan av nitrat, nitrit och ammonium) har minskat i ytvattnet på de flesta lokaler medan fosfathalter är i stort sett oförändrade. Kiselhalter vintertid har ökat på stationer som ligger i närheten av Göta Älvs/Nordre Älvs mynning eller andra floder eller åar. Författarna finner det troligt att åtgärder för att minska tillförsel av näringsämnen från land till hav har haft effekt. Minskad kvävebelastning har sannolikt resulterat i lägre växtplanktonbiomassa och större siktdjup vid kusten, bl.a. innanför Orust och Tjörn. Andra orsaker till förändringarna kan dock inte uteslutas. Årsmedelvärden för ytvattentemperatur (0–10 m) har ökat med upp till 2 grader 1991–2021, sommartid har ytvattentemperaturen ökat med 1–2°C. Salthalt i ytvattnet är oförändrad under den undersökta perioden. Skadliga alger förekommer varje år. År 2017 var det en större blomning av Pseudochattonella som orsakar fiskdöd. Alggifter som ansamlas i musslor och ostron utgör en risk för människors hälsa och ett problem för havsbruket. Kontrollprogram som administreras av Livsmedelsverket har säkerställt att produkter som innehåller alggifter inte kommit ut på marknaden. Det vanligaste problemet är dinoflagellater från släktet Dinophysis som producerar diarrégifter. Arter från släktet Alexandrium förekommer också, där de flesta producerar paralyserande skaldjursgifter. År 2017 uppmättes höga halter i musslor och skörd stoppades. Flera andra släkten av skadliga alger observeras regelbundet, t.ex. kiselalgen Pseudo-nitzschia som producerar ett alggift som kan orsaka minnesförlust. Kammaneten Mnemiopsis leidyi har etablerat sig i området sedan år 2006. Ursprunget är troligen Nordamerikas östra kust. Arten livnär sig på mindre plankton och är  5  vanlig sommartid. Den har sannolikt påverkat strukturen på växtplanktonsamhället. Författarna föreslår ett utökat samarbete mellan myndigheter som ansvarar för växtplanktonövervakningen för att förbättra övervakningen och informationen till allmänheten och till havsbrukare. En anpassning till övervakning av effekter av klimatförändringar rekommenderas. Flera ändringar i nuvarande övervakningsprogram föreslås, bl.a. att pikoplanktonanalys permanentas och att en station med högfrekvent växtplanktonprovtagning etableras i Göteborgs södra skärgård. Placeringen är vald för att möjliggöra tidiga varningar för skadliga algblomningar för vattenbruk längre norrut. Den Baltiska strömmen transporterar generellt sett vattnet norrut längs den svenska västkusten. Dessutom föreslås en ny station vid norra Bohuskusten mellan Smögen och Kosterfjorden där det är glest mellan provtagningspunkterna idag. Antalet stationer behöver dock balanseras mot provtagningsfrekvensen. Tät provtagning i tiden är på många sätt viktigare än provtagning vid många stationer, d.v.s. en stor geografisk spridning. Nya metoder bör övervägas, t.ex. automatisk växtplanktonanalys med avbildande flödescytometri (Imaging Flow Cytometry). Genetiska metoder (eDNA – metabarcoding) bör införas i övervakningen av biodiversitet och främmande arter. Dessutom föreslås övervakning av havets brunifiering genom att halter av Coloured Dissolved Organic Matter mäts. 

Bacteria and archaea are key contributors to deep-sea biogeochemical cycles and food webs. The disruptions these microbial communities may experience during and following polymetallic nodule mining in the Clarion-Clipperton Zone (CCZ) of the North Pacific Ocean could therefore have broad ecological effects. Our goals in this synthesis are to characterize the current understanding of biodiversity and biogeography of bacteria and archaea in the CCZ and to identify gaps in the baseline data and sampling approaches, prior to the onset of mining in the region. This is part of a large effort to compile biogeographic patterns in the CCZ, and to assess the representivity of no-mining Areas of Particular Environmental Interest, across a range of taxa. Here, we review published studies and an additional new dataset focused on 16S ribosomal RNA (rRNA) gene amplicon characterization of abyssal bacterial and archaeal communities, particularly focused on spatial patterns. Deep-sea habitats (nodules, sediments, and bottom seawater) each hosted significantly different microbial communities. An east-vs.-west CCZ regional distinction was present in nodule communities, although the magnitude was small and likely not detectable without a high-resolution analysis. Within habitats, spatial variability was driven by differences in relative abundances of taxa, rather than by abundant taxon turnover. Our results further support observations that nodules in the CCZ have distinct archaeal communities from those in more productive surrounding regions, with higher relative abundances of presumed chemolithoautotrophic Nitrosopumilaceae suggesting possible trophic effects of nodule removal. Collectively, these results indicate that bacteria and archaea in the CCZ display previously undetected, subtle, regional-scale biogeography. However, the currently available microbial community surveys are spatially limited and suffer from sampling and analytical differences that frequently confound inter-comparison; making definitive management decisions from such a limited dataset could be problematic. We suggest a number of future research priorities and sampling recommendations that may help to alleviate dataset incompatibilities and to address challenges posed by rapidly advancing DNA sequencing technology for monitoring bacterial and archaeal biodiversity in the CCZ. Most critically, we advocate for selection of a standardized 16S rRNA gene amplification approach for use in the anticipated large-scale, contractor driven biodiversity monitoring in the region.

För att uppskatta dynamiken i den marina miljön genom miljöövervakning och för att ta fram bra beslutsunderlag till åtgärder i havet så behövs mätningar med hög upplösning i tid och rum. Dagens mätprogram utförs traditionellt med lägre upplösning i tid, i princip månadsvisa provtagningar men med relativt hög rumslig upplösning på olika stationer i svenska vatten.Målet med projektet är att utvärdera kostnadseffektiva mätsystem med kapacitet att mäta viktiga oceanografiska variabler med hög upplösning i tid som komplement till nuvarande mätprogram. I projektet ingår tre positioner med bottenmonterade system i områden där det kan råda stor variation på korta tidsskalor för variabler som temperatur, salt, syre och ström. De bottenmonterade mätsystemen har mätt temperatur, salinitet och syre vid stationerna L9, Hanöbukten och Understen. Vid Hanöbukten och Understen har även ström mätts. Parametrarna har samlats in med hög upplösning i tid, i snitt var 20:e minut.De bottenmonterade mätsystemen planerades att sättas ut med R/V Svea och byte av mätsystemen planerades till varje halvår. I en utvärdering av projektet, 1,5 år efter första utsättningen, kan man konstatera att det var svårt att kombinera R/V Sveas schemalagda veckor med bra väder för utsättning och upptag av bottenmätsystemen. Möjligheten för byte av bottenmätsystem är mycket liten då R/V Svea oftast bara passerar förbi varje position för bottenmätsystemen en gång under SMHIs utsjöexpedition. Vid ett tillfälle uppstod ett tekniskt problem som bidrog till att L9-riggen slet sig inför upptag i juni 2021 samt att bottenmätystemet vid Hanöbukten var borta och inte kunde hittas i oktober 2021, trots upprepade försök. Hanöbukten är en intressant station, men problematisk för bottensystem då området har mycket fiske och framförallt trålande fartyg.Resultaten från projektet visar att samtliga bottenmätsystem fångar en stor variation och viktig dynamik i temperatur, salinitet, syre och strömförhållanden som den traditionella månadsvisa provtagningen inte lyckas fånga. Månadsvisa mätningar behöver kompletteras med högupplöst data för att oceanografiska händelser, med potentiella viktiga effekter i den marina miljön, skall åskådliggöras tydligt. SMHIs analys av data i denna rapport visar att bottenmonterade mätsystem har stor potential för att förstå processer som sker på kortare tidsskala i den marina miljön. Till exempel kan de användas för att identifiera områden med korta perioder med syrebrist som har stark negativ inverkan på bottenfauna. Dessa mätsystem ger även värdefulla och kostnadseffektiva data som kompletterar de data som insamlas inom befintliga mätprogram. I rapporten fastslår SMHI att bottenmätsystemen vid L9 Laholmsbukten och Understen bör långsiktigt inkluderas i den nationella miljöövervakningen. SMHI rekommenderar att nästa steg är att testa och utvärdera profilerande flöten, s.k. Argo floats, i lämpliga områden av Östersjön

Sinking particulate organic matter controls the flux of carbon (C) from the surface ocean to the deep sea. Microorganisms actively colonize particles, but the extent to which microbial metabolism influences particle export remains uncertain. We conducted experiments to quantify rates of bacterial production (derived based on H-3-leucine incorporation) and dark C-fixation (based on C-14-bicarbonate assimilation) associated with sinking particles collected from the base of the euphotic zone (175 m) in the subtropical North Pacific Ocean. Seawater was amended with sinking particles and rates of filter size-fractionated (0.2, 2, and 20 mu m) bacterial production and dark C-fixation were measured. Sequencing of 16S ribosomal RNA (rRNA) gene amplicons revealed that microorganisms in the particle-amended treatments differed from those in the unamended seawater controls, with the particle treatments enriched in putative copiotrophic bacteria. The addition of sinking particles increased rates of bacterial production (by 6- to 9-fold), and to a lesser extent dark C-fixation (by 1.7- to 4.6-fold), relative to unamended controls, with most of the production associated with filter pore sizes < 20 mu m. Normalizing production to concentrations of particulate C yielded rates that were statistically indistinguishable between particle-amended treatments and unamended controls. We then examined possible relationships between sinking particulate C flux attenuation and its supply to the mesopelagic waters, revealing that flux attenuation was positively related to increases in particulate C supply. Together with results from our experiments, we suggest processes that contribute to sinking particle disaggregation both increase flux attenuation and favor microbial mineralization of particle-derived organic matter.

Climate change is projected to cause increased inflow of terrestrial dissolved organic matter to coastal areas in northerly regions. Estuarine bacterial community will thereby receive larger loads of organic matter and inorganic nutrients available for microbial metabolism. The composition of the bacterial community and its ecological functions may thus be affected. We studied the responses of bacterial community to inflow of terrestrial dissolved organic matter in a subarctic estuary in the northern Baltic Sea, using a 16S rRNA gene metabarcoding approach. Betaproteobacteria dominated during the spring river flush, constituting similar to 60% of the bacterial community. Bacterial diversity increased as the runoff decreased during summer, when Verrucomicrobia, Betaproteobacteria, Bacteroidetes, Gammaproteobacteria and Planctomycetes dominated the community. Network analysis revealed that a larger number of associations between bacterial populations occurred during the summer than in spring. Betaproteobacteria and Bacteroidetes populations appeared to display similar correlations to environmental factors. In spring, freshly discharged organic matter favoured specialists, while in summer a mix of autochthonous and terrestrial organic matter promoted the development of generalists. Our study indicates that increased inflows of terrestrial organic matter-loaded freshwater to coastal areas would promote specialist bacteria, which in turn might enhance the transformation of terrestrial organic matter in estuarine environments.