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微電極分析系統(tǒng)案例分享:沉水植物生物膜中活性氧的時間變化

時間:2023/11/9閱讀:705
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摘要:

活性氧(ROS)在水生環(huán)境的生物地球化學(xué)中起著至關(guān)重要的作用,但其在沉水植物生物膜中的發(fā)生和積累卻鮮有報道。本文研究了大型植物葉片生物膜演代過程中生物膜微環(huán)境的光暗循環(huán)波動和代表性ROS (O2•?)的時間變化,并對生物膜中的光化學(xué)過程進(jìn)行了量化。研究結(jié)果表明,O2•?的持續(xù)產(chǎn)出量在32.49±0.56 μmol/kg ~ 72.56±0.92 μmol/kg之間呈現(xiàn)出明顯的節(jié)律性波動,并與溶解氧、氧化還原電位和pH同時波動,這都是由生物膜的好氧-缺氧交替條件驅(qū)動的。在整個生物膜演替過程中,O2•?和ROS的強(qiáng)度先升高后降低。不同水體生物膜中O2•?濃度的變化順序?yàn)猷l(xiāng)村河水>景觀湖水>養(yǎng)殖池塘湖水,其中葉片光合作用和微生物群落發(fā)揮了關(guān)鍵作用。放線菌門(Actinobacteria)、變形菌門(Proteobacteria)和擬桿菌門(Bacteroidetes)對ROS的貢獻(xiàn)顯著,分別為44.6%、32.8%和15.2%。偏最小二乘路徑建模結(jié)構(gòu)方程分析表明,葉片生物膜中ROS的產(chǎn)生主要與微環(huán)境和微生物代謝有關(guān)。這些發(fā)現(xiàn)將有助于管理部門制定相關(guān)水生環(huán)境生態(tài)恢復(fù)策略。

本圖揭示了生物膜中ROS的產(chǎn)生以及葉片微邊界層環(huán)境因子(DO、Eh和pH)在三個光-暗循環(huán)中的變化,(a) 超氧自由基(O2•?);(b) 溶解氧(DO);(c) 氧化還原電位(Eh);(d) pH。O2的產(chǎn)生表現(xiàn)出明顯的光-暗循環(huán)波動,其中,光照9 h后達(dá)到峰值72.56 ±0.92 umol/kg FW,黑暗12 h后下降至32.49 ± 0.56 mol/kg FW。與O2的振蕩類似,葉片生物膜微環(huán)境也存在明顯的周期性波動。從黑暗到明亮的條件下,DO從80增加到250 pmol/L,而Eh從大約160增加到350 mV。值得注意的是,O2•?生成速緩慢下降后迅速下降,這與DO和Eh從光照到黑暗的快速下降不同。pH值在8.3 ~ 9.5范圍內(nèi)波動,光照后呈下降趨勢,天黑后呈上升趨勢。


引用:

Zuhan Ge, Zihang Ma, Wenjie Hong, Kexuan Liu, Shuwen Yan, Weihua Song, Jibiao Zhang, Temporal variations in reactive oxygen species in biofilms of submerged macrophytes: The key role of microbial metabolism mediated by oxygen fluctuations, Journal of Hazardous Materials, 2023, 132542, ISSN 0304-3894


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