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【案例分享】Easysensor平面光极分析方法在沉水植物根际应用的场景案例分享

更新时间:2024-03-26   点击次数:51次

该设备利用光化学传感膜荧光成像原理,实时获取水体、沉积物-水微界面、水生动植物和土壤植物根际环境的DO、pH 以及 CO2等物理化学参数的二维分布及动态时空高分辨信息。

该设备适用于实验室模拟研究,测定时将光化学传感膜置于沉积物/土壤/植物根际与容器器壁之间,光敏物质与分析物相互作用并伴随荧光信号(强度、寿命)变化,利用数字成像技术(CMOS 相机)实时记录其特征发射光谱,最后通过软件分析将被测物的含量在时间和空间上的变化进行可视化呈现。

平面光极可以用于多种实用场景中,下面我们简单列举几个案例,例如:

ES&T:沉水植物根际——驱动沉积物有机质矿化的引擎


研究背景

铁氧化物在有机碳固持过程中扮演着双面的角色,与碳循环过程紧密耦合。铁氧化物对于有机碳固持/矿化的双重作用在土壤、沉积物与植物根际广泛存在。水生植物根际常富集铁氧化物并形成铁膜,因此水生植物根际的铁碳循环对于沉积物碳库的稳定性具有重要影响。目前,植物根际“锈汇"研究主要集中于陆生植物和水稻、芦苇等生活在干湿交替环境的水生植物,对于普遍存在泌氧能力、根际氧化还原环境时空异质性大的沉水植物关注较少。针对这一现状,研究团队选择了我国常见的沉水植物苦草,获取了苦草根际的铁、碳和铁细菌微生物群落组成,以及O2、CO2和碳相关酶活性的高时空分辨率分布特征,明确了沉水植物根际铁膜“锈汇"效应,讨论沉水植物根际铁与碳的耦合关系。

►►►平面光极的应用

本研究直观地说明了沉水植物的铁斑是OC矿化的热点。根尖区作为沉水植物根系较为活跃的区域,是一个有效的碳矿化引擎。相反,苦草的铁斑是一种无效的锈槽。这些结果对准确评价沉积物碳库具有重要意义。基于平面光极(PO)的技术特征,我们认识到可以量化CO2通量(例如根际-沉积物界面和沉积物-水界面),并估算根际驱动的碳矿化对全球大气CO2的贡献。


植物根际驱动的铁氧化-碳固定与铁还原-碳矿化过程示意图


苦草根际周围CO2浓度的时空变化。

JHM:通过水生植物根系释放O2和微生物介导的砷生物转化实现对沉积物砷的修复

研究背景

砷(As)是一种剧毒类金属,可直接通过饮用受污染的水或间接通过食物链对人体健康构成严重威胁。在水生系统中,As很容易附着在悬浮颗粒上,最终沉积在沉积物中,导致其在沉积物中的浓度通常远高于其在上覆水域中的浓度。然而,在沉积物中,砷并不总是稳定的;其迁移率受铁(Fe)和锰(Mn)氧化还原驱动的循环控制。值得注意的是,与砷相关的根际生物地球化学过程发生在微观尺度上,通常是毫米到亚毫米尺度。我们目前对根际效应及其相关微生物相互作用对大型植物根际砷循环的影响的认识,受到现有研究方法空间分辨率低以及它们对根际环境造成干扰的限制。

►►►平面光极的应用

微尺度采样和成像技术,如平面光极技术(PO)和薄膜扩散梯度技术(DGT)已被用于在亚毫米尺度上揭示根际过程。它们可以在亚毫米空间分辨率上精确测量根际溶质化学特征。因此,利用微尺度采样和成像技术,可以解开根际对大型植物根际As生物地球化学过程生物有效性的影响。因此,本研究是通过无损、高分辨率化学成像和基于高通量测序的微生物组方法,阐明根际及其相关微生物介导的As生物转化对沉水植物菹草(Potamogeton crispus)的根际修复来降低As的生物利用度的影响。本研究结果表明,根驱动的非生物和生物转化有助于As在沉积物中的固定,这为将大型植物应用于As污染沉积物的修复奠定基础。


Li et al., J Haz Mat., 2023

菹草根际DO的二维时空分布



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