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(xué)團(tuán)隊(duì)在《Microbiology Spectrum》平臺上發(fā)表的一篇學(xué)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(qiáng)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(xué)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(jìn)行生物固氮的細(xì)菌。

3.固氮作用：研究發(fā)現(xiàn)，在富含銨的根際區(qū)域，Bradyrhizobium 細(xì)菌表達(dá)了固氮功能標(biāo)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(dǎo)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(shí)，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(xué)成像與微生物群落和基因表達(dá)分析，揭示了多種生物地球化學(xué)途徑和微生物參與者可以導(dǎo)致根際中銨濃度的升高。

6.生態(tài)和生物地球化學(xué)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(jìn)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(yīng)性：研究結(jié)果強(qiáng)調(diào)了海草如何通過與其根際微生物的相互作用來適應(yīng)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(qiáng)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(kuò)散梯度）技術(shù)被聯(lián)合使用來研究海草根際中的化學(xué)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(shí)時(shí)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(jìn)行可視化。在實(shí)驗(yàn)中，Planar Optode被安裝在實(shí)驗(yàn)箱的可移動(dòng)前壁上，以便從正面進(jìn)行成像。

DGT（薄膜擴(kuò)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(biāo)化學(xué)物質(zhì)反應(yīng)形成不溶性化合物，從而可以計(jì)算出化學(xué)物質(zhì)的濃度。在實(shí)驗(yàn)中，DGT和DET凝膠被放置在實(shí)驗(yàn)箱的后面，通過一個(gè)細(xì)密的保護(hù)網(wǎng)進(jìn)行部署，以便從后面進(jìn)行采樣。

這兩種技術(shù)的聯(lián)合使用允許研究人員同時(shí)分析根際中的多個(gè)化學(xué)參數(shù)，提供了一個(gè)全面的根際化學(xué)微環(huán)境的視圖，研究人員能夠揭示海草根際中復(fù)雜的生物地球化學(xué)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(tuán)隊(duì)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(yīng)用于沉積物-水微界面、水生動(dòng)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(tuán)隊(duì)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。