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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)

更新時(shí)間:2024-09-20   點(diǎn)擊次數(shù):194次

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(tái)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(yíng)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?cè)诟H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(duì)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(duì)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(yíng)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(yíng)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(duì)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?cè)谘芯恐械淖饔茫?/span>

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(duì)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(cè)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。

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