PO案例分享：活性物質(zhì)與微生物群落對(duì)沉水植物根際活性氧的影響

本次分享一篇由復(fù)旦大學(xué)張繼彪團(tuán)隊(duì)在《Science of the Total Environment》上發(fā)表的一篇學(xué)術(shù)論文“Coupled effects of redox-active substances and microbial communities on reactive oxygen species in rhizosphere sediments of submerged macrophytes"。

活性氧物質(zhì)（ROS）在元素循環(huán)和污染物動(dòng)態(tài)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，但在沉水植物根際中的ROS變化及其機(jī)制研究較少。本研究調(diào)查了苦草（Vallisneria natans）根際中ROS、氧化還原活性物質(zhì)和微生物群落的光暗循環(huán)波動(dòng)和周期性變化。結(jié)果顯示，O₂•?和•OH的產(chǎn)生持續(xù)且顯著的晝夜波動(dòng)，分別從27.6 ± 3.7到61.7 ± 3.0 μmol/kg FW和從131.0 ± 6.8到195.4 ± 8.7 μmol/kg FW，與氧化還原活性物質(zhì)同時(shí)波動(dòng)。在V. natans生長(zhǎng)期，根際中的ROS含量高于非根際沉積物，呈現(xiàn)增加-減少趨勢(shì)。冗余分析結(jié)果表明，水溶性酚類、真菌和細(xì)菌是影響根際中ROS產(chǎn)生的主要原因，分別貢獻(xiàn)了74.0%、17.3%和4.4%。偏最小二乘路徑建模的結(jié)果強(qiáng)調(diào)了氧化還原活性物質(zhì)和微生物代謝的耦合效應(yīng)。我們的發(fā)現(xiàn)還展示了ROS在沉水植物根際沉積物中的降解作用。本研究為ROS相關(guān)的根際效應(yīng)提供了實(shí)驗(yàn)證據(jù)，并為基于沉水植物的生態(tài)恢復(fù)提供了進(jìn)一步的見解。 

在本文中，平面光極（Planar Optodes）被用作一種技術(shù)工具，以在微觀尺度上（亞毫米級(jí)空間分辨率）測(cè)定根際沉積物中的溶解氧（O₂）含量。這項(xiàng)技術(shù)是在光暗周期（12小時(shí)光照和12小時(shí)黑暗）下進(jìn)行的，用于評(píng)估溶解氧在苦草（Vallisneria natans）根際剖面中的分布情況。通過這種技術(shù)，研究人員能夠觀察到在根際附近O₂含量的不均勻分布，這些分布模式呈現(xiàn)出類似根部的結(jié)構(gòu)。

平面光極技術(shù)是當(dāng)今先進(jìn)的光電傳感技術(shù)之一，智感環(huán)境團(tuán)隊(duì)基于這種技術(shù)，相繼開發(fā)出了一種封閉式平面光極設(shè)備(PO2100)和一種便攜式平面光極設(shè)備(PO1100)，可實(shí)現(xiàn)沉積物/土壤/植物根際/水體中pH、DO和CO₂的實(shí)時(shí)高分辨率檢測(cè)，這在光電傳感技術(shù)領(lǐng)域是一項(xiàng)重要的突破。