PO與DGT聯(lián)用案例：海草介質(zhì)根際氧化梯度與氨積累相關(guān)聯(lián)

本次文章分享一篇由丹麥羅斯基勒大學團隊在《Microbiology Spectrum》平臺上發(fā)表的一篇學術(shù)論文Seagrass-mediated rhizosphere redox gradients are linked with ammonium accumulation driven by diazotrophs。本文研究了海草通過其根系與微生物群落的相互作用在根際（rhizosphere）中如何增強營養(yǎng)物質(zhì)的活化。

本文研究發(fā)現(xiàn)主要集中在海草（尤其是鰻草 Zostera marina）與其根際（rhizosphere）中的微生物群落之間的相互作用，以及這些相互作用如何影響氮循環(huán)。以下是主要的研究結(jié)果：

1.徑向氧損失（ROL）和氧化還原梯度：海草通過其根系釋放氧氣（ROL），在根際形成氧化還原梯度。這些梯度與根際中高濃度的銨（氨氮）區(qū)域共定位。

2.微生物群落結(jié)構(gòu)：不同的化學微環(huán)境在海草根際中選擇了特定的微生物群落。例如，在富含銨的區(qū)域發(fā)現(xiàn)了較高豐度的 Bradyrhizobium，這是一種能夠進行生物固氮的細菌。

3.固氮作用：研究發(fā)現(xiàn)，在富含銨的根際區(qū)域，Bradyrhizobium 細菌表達了固氮功能標記基因 nifH，表明它們在根際中活躍，并可能與海草形成共生關(guān)系。

4.硫化物和銨的分布：ROL 導致了根際中硫化物的異質(zhì)性氧化，從而在局部解毒了這種由沉積物衍生的植物毒素。同時，研究也發(fā)現(xiàn)在這些氧化還原梯度中銨的濃度相對較高。

5.微生物多樣性和活性：研究通過結(jié)合化學成像與微生物群落和基因表達分析，揭示了多種生物地球化學途徑和微生物參與者可以導致根際中銨濃度的升高。

6.生態(tài)和生物地球化學功能：海草根際釋放的氧氣對根際微生物群落的結(jié)構(gòu)和功能有重要影響，包括生物和非生物沉積物解毒、營養(yǎng)物質(zhì)的溶解、銨的局部生產(chǎn)，以及可能促進甲烷氧化，從而潛在地減少海草根際溫室氣體排放。

7.海草與環(huán)境的適應性：研究結(jié)果強調(diào)了海草如何通過與其根際微生物的相互作用來適應氮限制環(huán)境，提高其生產(chǎn)力。

這些發(fā)現(xiàn)為理解海草生態(tài)系統(tǒng)中的營養(yǎng)循環(huán)和微生物相互作用提供了新的視角，并強調(diào)了海草與其根際微生物群落之間的相互作用對海草生存和生產(chǎn)力的重要性。

在本文中，Planar Optode（平面光極）和DGT（薄膜擴散梯度）技術(shù)被聯(lián)合使用來研究海草根際中的化學環(huán)境。下面是這兩種技術(shù)是如何聯(lián)用以及它們在研究中的作用：

Planar Optode（平面光極技術(shù)）：用于實時和高分辨率地成像溶解氧（O₂）和pH值的分布。通過將特定的光敏染料嵌入到透明的薄膜中，可以對根際中的O₂和pH進行可視化。在實驗中，Planar Optode被安裝在實驗箱的可移動前壁上，以便從正面進行成像。

DGT（薄膜擴散梯度技術(shù)）：用于測量和映射根際中硫化物（以DGT凝膠形式）和銨（以DET凝膠形式）的濃度。通過將含有捕獲劑的凝膠暴露于根際環(huán)境中，捕獲劑與目標化學物質(zhì)反應形成不溶性化合物，從而可以計算出化學物質(zhì)的濃度。在實驗中，DGT和DET凝膠被放置在實驗箱的后面，通過一個細密的保護網(wǎng)進行部署，以便從后面進行采樣。

這兩種技術(shù)的聯(lián)合使用允許研究人員同時分析根際中的多個化學參數(shù)，提供了一個全面的根際化學微環(huán)境的視圖，研究人員能夠揭示海草根際中復雜的生物地球化學相互作用，以及這些相互作用如何影響海草的健康和生產(chǎn)力。

DOI: 10.1128/spectrum.03335-23

智感環(huán)境團隊基于平面光極技術(shù)開發(fā)了封閉式平面光極設(shè)備和便攜式平面光極設(shè)備，并成功將其應用于沉積物-水微界面、水生動植物和土壤植物根際環(huán)境的研究，為環(huán)境研究提供了更便捷的方式。不僅如此，智感環(huán)境團隊還擁有13年的DGT技術(shù)研發(fā)基礎(chǔ)，目前已推出4系列共30余種DGT產(chǎn)品，其中包括：雙模式DGT系列、平板式單面DGT系列、平板式雙面DGT系列、平板式高分辨DGT系列。