PO與(yu)DGT聯(lian)用(yong)案(an)例(li)：海草(cao)介(jie)質根(gen)際氧化梯度(du)與(yu)氨積累(lei)相關(guan)聯

本次文章分(fen)享壹篇(pian)由(you)丹(dan)麥(mai)羅(luo)斯(si)基(ji)勒(le)大(da)學團(tuan)隊在(zai)《Microbiology Spectrum》平(ping)臺(tai)上(shang)發(fa)表(biao)的壹篇(pian)學術論(lun)文Seagrass-mediated rhizosphere redox gradients are linked with ammonium accumulation driven by diazotrophs。本文研究(jiu)了(le)海草(cao)通(tong)過(guo)其根(gen)系(xi)與(yu)微(wei)生(sheng)物(wu)群落的相(xiang)互(hu)作用(yong)在(zai)根(gen)際（rhizosphere）中如何(he)增(zeng)強營養(yang)物(wu)質的活(huo)化。

本文研究(jiu)發(fa)現(xian)主要(yao)集中在(zai)海草(cao)（尤其是(shi)鰻草(cao) Zostera marina）與(yu)其根(gen)際（rhizosphere）中的微(wei)生(sheng)物(wu)群落之間(jian)的相(xiang)互(hu)作用(yong)，以及(ji)這(zhe)些相互(hu)作用(yong)如何(he)影(ying)響(xiang)氮(dan)循(xun)環(huan)。以下是主要(yao)的研(yan)究(jiu)結果(guo)：

1.徑向(xiang)氧損失(shi)（ROL）和氧化還原(yuan)梯度(du)：海草(cao)通(tong)過(guo)其根(gen)系(xi)釋(shi)放氧氣（ROL），在根(gen)際形成氧化還原(yuan)梯度(du)。這(zhe)些梯度(du)與(yu)根(gen)際中高濃度的銨（氨氮(dan)）區(qu)域共定(ding)位。

2.微(wei)生(sheng)物(wu)群落結構(gou)：不(bu)同(tong)的化學(xue)微(wei)環(huan)境(jing)在(zai)海草(cao)根(gen)際中選(xuan)擇(ze)了(le)特(te)定(ding)的微(wei)生(sheng)物(wu)群落。例如，在(zai)富(fu)含(han)銨的區(qu)域(yu)發(fa)現(xian)了(le)較(jiao)高豐度的 Bradyrhizobium，這(zhe)是(shi)壹種(zhong)能(neng)夠進(jin)行(xing)生(sheng)物(wu)固(gu)氮(dan)的細(xi)菌。

3.固(gu)氮(dan)作(zuo)用(yong)：研(yan)究(jiu)發(fa)現(xian)，在(zai)富(fu)含(han)銨的根(gen)際區(qu)域，Bradyrhizobium 細(xi)菌表(biao)達(da)了(le)固(gu)氮(dan)功(gong)能(neng)標記(ji)基(ji)因 nifH，表明它們(men)在根(gen)際中活(huo)躍(yue)，並可(ke)能(neng)與(yu)海草(cao)形成共生(sheng)關(guan)系(xi)。

4.硫化物(wu)和銨的分(fen)布：ROL 導致(zhi)了(le)根(gen)際中硫化物(wu)的異(yi)質性氧化，從(cong)而在(zai)局(ju)部(bu)解(jie)毒(du)了(le)這(zhe)種(zhong)由(you)沈(chen)積物(wu)衍(yan)生(sheng)的植(zhi)物(wu)毒(du)素。同(tong)時(shi)，研(yan)究(jiu)也發(fa)現(xian)在(zai)這(zhe)些氧化還原(yuan)梯度(du)中銨的濃度相對較(jiao)高。

5.微生(sheng)物(wu)多(duo)樣(yang)性和活(huo)性：研(yan)究(jiu)通(tong)過(guo)結合化學(xue)成(cheng)像與(yu)微(wei)生(sheng)物(wu)群落和基(ji)因表達(da)分析，揭示(shi)了(le)多(duo)種(zhong)生(sheng)物(wu)地球化學(xue)途徑和微(wei)生(sheng)物(wu)參(can)與(yu)者(zhe)可以導(dao)致根(gen)際中銨濃度的升(sheng)高。

6.生(sheng)態(tai)和生(sheng)物(wu)地球化學(xue)功(gong)能(neng)：海草(cao)根(gen)際釋(shi)放的氧氣對根(gen)際微(wei)生(sheng)物(wu)群落的結構(gou)和功(gong)能(neng)有重要(yao)影響(xiang)，包括生(sheng)物(wu)和非生(sheng)物(wu)沈(chen)積物(wu)解(jie)毒、營養(yang)物(wu)質的溶(rong)解(jie)、銨的局(ju)部(bu)生(sheng)產(chan)，以及(ji)可能(neng)促進(jin)甲烷(wan)氧化，從(cong)而潛(qian)在(zai)地減少(shao)海草(cao)根(gen)際溫(wen)室氣體排(pai)放。

7.海草(cao)與(yu)環(huan)境(jing)的適(shi)應性：研(yan)究(jiu)結果(guo)強調了(le)海草(cao)如何(he)通(tong)過(guo)與(yu)其根(gen)際微(wei)生(sheng)物(wu)的相(xiang)互(hu)作用(yong)來(lai)適(shi)應氮(dan)限(xian)制環(huan)境(jing)，提(ti)高其生(sheng)產(chan)力(li)。

這(zhe)些發(fa)現(xian)為(wei)理(li)解(jie)海草(cao)生(sheng)態(tai)系(xi)統中的營養(yang)循(xun)環(huan)和微(wei)生(sheng)物(wu)相(xiang)互(hu)作用(yong)提(ti)供(gong)了(le)新(xin)的視(shi)角(jiao)，並強調了(le)海草(cao)與(yu)其根(gen)際微(wei)生(sheng)物(wu)群落之間(jian)的相(xiang)互(hu)作用(yong)對(dui)海草(cao)生(sheng)存(cun)和生(sheng)產(chan)力(li)的重要(yao)性。

在(zai)本文中，Planar Optode（平(ping)面光(guang)極）和DGT（薄膜擴散(san)梯度(du)）技(ji)術被聯合使用(yong)來(lai)研(yan)究(jiu)海草(cao)根(gen)際中的化學(xue)環(huan)境(jing)。下面是這(zhe)兩(liang)種(zhong)技(ji)術是如何(he)聯(lian)用(yong)以及(ji)它們(men)在研(yan)究(jiu)中的作(zuo)用(yong)：

Planar Optode（平(ping)面光(guang)極技(ji)術）：用(yong)於(yu)實(shi)時(shi)和高分辨(bian)率地成像溶解(jie)氧（O₂）和pH值(zhi)的分(fen)布。通(tong)過(guo)將特(te)定(ding)的光(guang)敏(min)染料(liao)嵌(qian)入(ru)到透明(ming)的薄膜中，可(ke)以對(dui)根(gen)際中的O₂和pH進(jin)行(xing)可(ke)視(shi)化。在(zai)實(shi)驗中，Planar Optode被(bei)安裝在(zai)實(shi)驗(yan)箱的可(ke)移動(dong)前(qian)壁上，以便從(cong)正面進(jin)行(xing)成(cheng)像(xiang)。

DGT（薄膜擴散(san)梯度(du)技(ji)術）：用(yong)於(yu)測量和映(ying)射(she)根(gen)際中硫化物(wu)（以DGT凝(ning)膠(jiao)形式）和銨（以DET凝(ning)膠(jiao)形式）的濃度。通(tong)過(guo)將含(han)有捕獲劑(ji)的凝(ning)膠(jiao)暴露(lu)於(yu)根(gen)際環(huan)境(jing)中，捕獲劑(ji)與(yu)目標(biao)化學(xue)物(wu)質反應形成不溶性化合(he)物(wu)，從而可(ke)以計(ji)算出(chu)化學(xue)物(wu)質的濃度。在實驗(yan)中，DGT和DET凝(ning)膠(jiao)被放置(zhi)在實(shi)驗箱的後(hou)面，通(tong)過(guo)壹個(ge)細(xi)密的保(bao)護網(wang)進(jin)行(xing)部(bu)署(shu)，以便從(cong)後(hou)面進(jin)行(xing)采樣。

這(zhe)兩(liang)種(zhong)技(ji)術的聯(lian)合(he)使用(yong)允許研究(jiu)人員(yuan)同(tong)時(shi)分(fen)析根(gen)際中的多(duo)個(ge)化學(xue)參(can)數(shu)，提(ti)供(gong)了(le)壹個(ge)全面的根(gen)際化學(xue)微(wei)環(huan)境(jing)的視(shi)圖，研(yan)究(jiu)人員(yuan)能(neng)夠揭示(shi)海草(cao)根(gen)際中復雜的生(sheng)物(wu)地球化學(xue)相(xiang)互(hu)作用(yong)，以及(ji)這(zhe)些相互(hu)作用(yong)如何(he)影(ying)響(xiang)海草(cao)的健(jian)康(kang)和生(sheng)產(chan)力(li)。

DOI: 10.1128/spectrum.03335-23

智(zhi)感環(huan)境(jing)團(tuan)隊基(ji)於平(ping)面光(guang)極技(ji)術開(kai)發(fa)了(le)封閉式(shi)平(ping)面光(guang)極設(she)備和便攜式(shi)平(ping)面光(guang)極設(she)備，並成(cheng)功(gong)將其應用(yong)於(yu)沈(chen)積物(wu)-水(shui)微界(jie)面、水(shui)生(sheng)動(dong)植(zhi)物和土(tu)壤(rang)植(zhi)物(wu)根(gen)際環(huan)境(jing)的研(yan)究(jiu)，為環(huan)境(jing)研(yan)究(jiu)提供(gong)了(le)更(geng)便捷的方式(shi)。不(bu)僅(jin)如此(ci)，智(zhi)感環(huan)境(jing)團(tuan)隊還擁(yong)有13年(nian)的DGT技(ji)術研發(fa)基(ji)礎(chu)，目前(qian)已推出(chu)4系(xi)列共30余種(zhong)DGT產(chan)品(pin)，其中包括：雙(shuang)模式DGT系(xi)列、平(ping)板(ban)式單(dan)面DGT系(xi)列、平(ping)板(ban)式雙(shuang)面DGT系(xi)列、平(ping)板(ban)式高分辨(bian)DGT系(xi)列。