DGT與PO技(ji)術(shu)揭(jie)示(shi)籽粒莧根(gen)際(ji)微(wei)環境中重金屬(shu)活(huo)化的(de)動態機(ji)制(zhi)

土壤重(zhong)金屬(shu)的(de)活(huo)化與根際(ji)土壤的(de)pH值(zhi)、氧(yang)氣(qi)含量（O₂）和酶活(huo)性(xing)密(mi)切相(xiang)關(guan)。本研究利(li)用激光(guang)剝(bo)蝕電感耦合等離(li)子體質(zhi)譜(pu)（ICP-MS）、平(ping)面(mian)光(guang)學(xue)傳(chuan)感器（PO）、土壤原(yuan)位酶(mei)譜分(fen)析以(yi)及薄(bo)層擴(kuo)散梯度（DGT）方法(fa)，研究了(le)籽粒莧（Amaranthus hypochondriacus L.）在(zai)受(shou)汙染土壤（含有鎘(ge)Cd、鉛Pb和(he)鋅(xin)Zn）和未(wei)受汙(wu)染土壤中的(de)重金屬(shu)積(ji)累，以及(ji)根(gen)際(ji)和非根際(ji)土壤中溶解氧(yang)（DO）、pH值(zhi)、土壤酶(mei)活(huo)性(xing)和(he)痕量重金(jin)屬(shu)的(de)動態變(bian)化。研究結(jie)果(guo)表明，在(zai)Cd、Pb和Zn的(de)復合脅(xie)迫下，籽粒莧的(de)生長受到顯(xian)著(zhu)抑制(zhi)，尤(you)其是根(gen)和(he)枝的(de)生物量受(shou)到的(de)影響最(zui)為(wei)明顯(xian)。籽粒莧根(gen)部的(de)徑向氧(yang)損失（ROL）和(he)堿(jian)化現象(xiang)主(zhu)要(yao)受根(gen)系生(sheng)長和環(huan)境條件的(de)影響。酶活(huo)性(xing)模(mo)式(shi)表明，酸性(xing)磷酸酶(mei)（ACP）、堿(jian)性(xing)磷酸酶(mei)（ALP）和β-葡(pu)萄(tao)糖苷酶(mei)（BG）的(de)活(huo)性(xing)主(zhu)要(yao)與根系相(xiang)關(guan)，而在(zai)非根際(ji)土壤中這(zhe)些(xie)酶(mei)的(de)活(huo)性(xing)相(xiang)對較(jiao)低。在重(zhong)金屬(shu)脅(xie)迫下，土壤熱點區域(yu)的(de)ACP、ALP和BG活(huo)性(xing)增(zeng)加(jia)。DO、pH值(zhi)和(he)土壤酶(mei)活(huo)性(xing)與Cd、Pb和Zn的(de)存在顯(xian)著(zhu)相(xiang)關(guan)，影響根際中痕量金屬(shu)的(de)活(huo)化機(ji)制(zhi)。這(zhe)些(xie)發(fa)現為(wei)理解根系引(yin)起的(de)O₂、pH值(zhi)和(he)土壤酶(mei)活(huo)性(xing)變(bian)化對土壤中痕量重金(jin)屬(shu)遷移能力的(de)影響奠定了(le)基(ji)礎(chu)。

本研究通過(guo)非破壞(huai)性(xing)原(yuan)位檢測技(ji)術(shu)，如根(gen)際原(yuan)位成像(xiang)實(shi)驗(yan)，研究了(le)籽粒莧（Amaranthus hypochondriacus）系統(tong)中土壤中金屬(shu)的(de)遷移和(he)轉(zhuan)運的(de)時空(kong)動態。研究結(jie)果(guo)直(zhi)接揭(jie)示(shi)了(le)根(gen)際O₂、pH值(zhi)、土壤酶(mei)活(huo)性(xing)和(he)DGT檢測到的(de)痕量金屬(shu)的(de)空(kong)間分(fen)布(bu)模(mo)式(shi)。植(zhi)物(wu)體(ti)內過(guo)量(liang)積(ji)累的(de)鎘（Cd）、鉛（Pb）和鋅(xin)（Zn）會導致多種(zhong)毒(du)性(xing)癥狀，包(bao)括生長受抑制(zhi)和(he)生(sheng)物量(liang)減少。通過(guo)二(er)維成像(xiang)技(ji)術(shu)，我們觀察了(le)其根際(ji)效(xiao)率(lv)與Cd、Pb和Zn吸(xi)收(shou)之(zhi)間的(de)空(kong)間關(guan)系。隨著時間的(de)推移，O₂濃度先(xian)升高(gao)後降(jiang)低，根際(ji)pH值(zhi)變(bian)得(de)更(geng)堿(jian)性(xing)，土壤酶(mei)活(huo)性(xing)增(zeng)加(jia)。在(zai)各個(ge)區域(yu)中，根際土壤的(de)O₂、pH值(zhi)和(he)土壤酶(mei)活(huo)性(xing)均(jun)高(gao)於非根際(ji)土壤，且(qie)這(zhe)些(xie)因(yin)素的(de)變(bian)化主(zhu)要(yao)集中在根系。通過(guo)結(jie)合平(ping)面(mian)光(guang)極(ji)（PO）、薄(bo)膜(mo)擴(kuo)散梯度（DGT）和(he)土壤酶(mei)譜分(fen)析技(ji)術(shu)，我們揭(jie)示(shi)了(le)土壤中汙染物的(de)遷移和(he)轉(zhuan)化過(guo)程(cheng)，進壹(yi)步(bu)增(zeng)進(jin)了(le)我們對土壤和(he)沈(chen)積(ji)物中生物地球化學(xue)過(guo)程(cheng)的(de)理解。然而，本研究提(ti)出的(de)方法(fa)存在(zai)壹(yi)定局(ju)限性(xing)。例(li)如(ru)，由於平(ping)面(mian)光(guang)極(ji)（PO）主(zhu)要(yao)依賴(lai)光(guang)學(xue)測量，根(gen)際(ji)O₂和pH值(zhi)的(de)測量精度可(ke)能會受到環(huan)境因(yin)素的(de)影響。通過(guo)優(you)化土壤參數(shu)和分(fen)析條件，並結(jie)合解吸電噴霧(wu)電離(li)質(zhi)譜(pu)（DESI-MS）、DGT、PO和酶(mei)譜分(fen)析技(ji)術(shu)，將(jiang)進壹(yi)步(bu)研究根(gen)-土界(jie)面(mian)根系分(fen)泌(mi)物的(de)原(yuan)位分(fen)布(bu)與重金(jin)屬(shu)土壤環(huan)境參數(shu)（如溶(rong)解氧(yang)、pH值(zhi)和(he)酶(mei)活(huo)性(xing)）之(zhi)間的(de)壹般規(gui)律(lv)和(he)具(ju)體(ti)差(cha)異(yi)。

在(zai)桂林(lin)理工大(da)學(xue)蔣(jiang)萍(ping)萍(ping)和(he)遊(you)少鴻(hong)團隊的(de)研究中，智感環境的(de)DGT和PO技(ji)術(shu)在籽粒莧根(gen)際(ji)微(wei)環境中激活(huo)痕量重金(jin)屬(shu)機(ji)制(zhi)的(de)研究中發揮了(le)重(zhong)要作用。DGT技(ji)術(shu)能夠評估(gu)土壤中重金屬(shu)的(de)生物可利(li)用性(xing)，通過(guo)測量特(te)定(ding)時間內通過(guo)擴(kuo)散膜(mo)的(de)離(li)子量來(lai)計算土壤中重金屬(shu)的(de)濃度，從(cong)而準確評估(gu)其對植(zhi)物的(de)潛在風(feng)險。同(tong)時，DGT技(ji)術(shu)還(hai)能原(yuan)位監測重金(jin)屬(shu)在土壤固液(ye)界(jie)面(mian)上的(de)動態平(ping)衡(heng)過(guo)程(cheng)，捕捉其在土壤中的(de)遷移路(lu)徑(jing)和轉(zhuan)化規(gui)律(lv)，為(wei)深入(ru)理解籽粒莧根(gen)際(ji)微(wei)環境中重金屬(shu)的(de)激活(huo)機(ji)制(zhi)提(ti)供(gong)關(guan)鍵(jian)數(shu)據(ju)支持。此(ci)外(wai)，DGT技(ji)術(shu)還(hai)可(ke)用於評估(gu)修(xiu)復效(xiao)果(guo)，為(wei)選擇(ze)最(zui)佳(jia)的(de)修復方案(an)提供(gong)依(yi)據(ju)，並監測修復過(guo)程(cheng)中重金屬(shu)的(de)動態變(bian)化，為(wei)優(you)化修復策(ce)略提供科(ke)學(xue)依(yi)據(ju)。