摘要
活性氧(ROS)在水生環境(jing)的生物地球化(hua)學中起著至關(guan)重(zhong)要(yao)的(de)作(zuo)用(yong)，但(dan)其(qi)在沈(chen)水植物生物膜中的發生和積(ji)累(lei)卻(que)鮮(xian)有報(bao)道。本文研究(jiu)了大型植物葉片(pian)生物膜演代過(guo)程(cheng)中生物膜微(wei)環境(jing)的光(guang)暗(an)循環波(bo)動(dong)和代(dai)表(biao)性ROS (O2•−)的時間(jian)變(bian)化(hua)，並(bing)對(dui)生物膜中的光化(hua)學過(guo)程(cheng)進行(xing)了量化(hua)。研(yan)究(jiu)結果(guo)表(biao)明，O2•−的持(chi)續(xu)產(chan)出(chu)量在32.49±0.56 μmol/kg ~ 72.56±0.92 μmol/kg之(zhi)間呈現出(chu)明顯的(de)節(jie)律(lv)性波動，並與溶解氧(yang)、氧(yang)化(hua)還(hai)原電位和pH同時波(bo)動(dong)，這(zhe)都是(shi)由(you)生物膜的好(hao)氧-缺(que)氧(yang)交(jiao)替(ti)條件驅(qu)動的(de)。在(zai)整(zheng)個(ge)生物膜演替(ti)過(guo)程(cheng)中，O2•−和ROS的(de)強(qiang)度先升高後降低(di)。不(bu)同水體(ti)生物膜中O2•−濃度的變(bian)化(hua)順(shun)序為(wei)鄉村(cun)河水>景(jing)觀(guan)湖水>養(yang)殖池塘(tang)湖水(shui)，其中(zhong)葉片(pian)光(guang)合作(zuo)用(yong)和微(wei)生物群落(luo)發(fa)揮了關(guan)鍵作(zuo)用(yong)。放(fang)線(xian)菌門(men)(Actinobacteria)、變(bian)形菌門(men)(Proteobacteria)和擬桿(gan)菌門(men)(Bacteroidetes)對(dui)ROS的(de)貢(gong)獻(xian)顯著(zhu)，分(fen)別為(wei)44.6%、32.8%和15.2%。偏(pian)最(zui)小(xiao)二乘路徑(jing)建(jian)模結構(gou)方程(cheng)分(fen)析表(biao)明，葉片(pian)生物膜中ROS的產生主要(yao)與微(wei)環境(jing)和微(wei)生物代謝(xie)有(you)關(guan)。這(zhe)些發現將(jiang)有(you)助(zhu)於(yu)管(guan)理(li)部(bu)門(men)制(zhi)定相(xiang)關(guan)水(shui)生環境(jing)生態恢(hui)復(fu)策(ce)略(lve)。
摘(zhai)要配圖(tu)
本圖(tu)揭示了生物膜中ROS的產生以及葉片(pian)微(wei)邊(bian)界(jie)層(ceng)環境(jing)因(yin)子(zi)(DO、Eh和pH)在(zai)三個(ge)光-暗(an)循環中(zhong)的(de)變(bian)化(hua)，(a) 超氧(yang)自(zi)由基(ji)(O2•−)；(b) 溶解氧(yang)(DO)；(c) 氧(yang)化(hua)還(hai)原電位(Eh)；(d) pH。O2的(de)產(chan)生表(biao)現(xian)出(chu)明顯的(de)光(guang)-暗(an)循環波(bo)動(dong)，其中(zhong)，光照9 h後達到峰值72.56 ±0.92 umol/kg FW，黑暗(an)12 h後下降至32.49 ± 0.56 mol/kg FW。與O2的(de)振蕩類(lei)似(si)，葉片(pian)生物膜微(wei)環境(jing)也(ye)存在明顯的(de)周(zhou)期(qi)性波動。從黑暗(an)到明亮的(de)條件下，DO從80增加到250 pmol/L，而Eh從(cong)大約(yue)160增加到350 mV。值得註(zhu)意的(de)是(shi)，O2•−生成速緩(huan)慢(man)下降後迅速下降，這(zhe)與DO和Eh從(cong)光(guang)照(zhao)到黑暗(an)的快速(su)下降不(bu)同。pH值在(zai)8.3 ~ 9.5範(fan)圍內(nei)波動(dong)，光(guang)照(zhao)後呈下降趨勢，天(tian)黑後呈上升趨勢。
圖(tu)示(shi)研(yan)究(jiu)了在景(jing)觀(guan)湖水(shui)(LW)、農村(cun)河水(RW)和養(yang)殖水體(ti)(AW)中培(pei)養(yang)不(bu)同時間(jian)的(de)葉片(pian)生物膜中ROS強(qiang)度(a)和胞(bao)外(wai)02產(chan)生量(b)的變(bian)化(hua)。不(bu)同字(zi)母間有顯著性差(cha)異(p<0.05)，誤差(cha)線(xian)指示(shi)三個(ge)重復(fu)的(de)標(biao)準(zhun)誤差(cha)。
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