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【案例分享】Easysensor平面光極分析方法在沉水植物根際應(yīng)用的場(chǎng)景案例分享

更新時(shí)間:2024-03-26   點(diǎn)擊次數(shù):492次

該設(shè)備利用光化學(xué)傳感膜熒光成像原理,實(shí)時(shí)獲取水體、沉積物-水微界面、水生動(dòng)植物和土壤植物根際環(huán)境的DO、pH 以及 CO2等物理化學(xué)參數(shù)的二維分布及動(dòng)態(tài)時(shí)空高分辨信息。

該設(shè)備適用于實(shí)驗(yàn)室模擬研究,測(cè)定時(shí)將光化學(xué)傳感膜置于沉積物/土壤/植物根際與容器器壁之間,光敏物質(zhì)與分析物相互作用并伴隨熒光信號(hào)(強(qiáng)度、壽命)變化,利用數(shù)字成像技術(shù)(CMOS 相機(jī))實(shí)時(shí)記錄其特征發(fā)射光譜,最后通過(guò)軟件分析將被測(cè)物的含量在時(shí)間和空間上的變化進(jìn)行可視化呈現(xiàn)。

平面光極可以用于多種實(shí)用場(chǎng)景中,下面我們簡(jiǎn)單列舉幾個(gè)案例,例如:

ES&T:沉水植物根際——驅(qū)動(dòng)沉積物有機(jī)質(zhì)礦化的引擎


研究背景

鐵氧化物在有機(jī)碳固持過(guò)程中扮演著雙面的角色,與碳循環(huán)過(guò)程緊密耦合。鐵氧化物對(duì)于有機(jī)碳固持/礦化的雙重作用在土壤、沉積物與植物根際廣泛存在。水生植物根際常富集鐵氧化物并形成鐵膜,因此水生植物根際的鐵碳循環(huán)對(duì)于沉積物碳庫(kù)的穩(wěn)定性具有重要影響。目前,植物根際“銹匯"研究主要集中于陸生植物和水稻、蘆葦?shù)壬钤诟蓾窠惶姝h(huán)境的水生植物,對(duì)于普遍存在泌氧能力、根際氧化還原環(huán)境時(shí)空異質(zhì)性大的沉水植物關(guān)注較少。針對(duì)這一現(xiàn)狀,研究團(tuán)隊(duì)選擇了我國(guó)常見(jiàn)的沉水植物苦草,獲取了苦草根際的鐵、碳和鐵細(xì)菌微生物群落組成,以及O2、CO2和碳相關(guān)酶活性的高時(shí)空分辨率分布特征,明確了沉水植物根際鐵膜“銹匯"效應(yīng),討論沉水植物根際鐵與碳的耦合關(guān)系。

???平面光極的應(yīng)用

本研究直觀地說(shuō)明了沉水植物的鐵斑是OC礦化的熱點(diǎn)。根尖區(qū)作為沉水植物根系較為活躍的區(qū)域,是一個(gè)有效的碳礦化引擎。相反,苦草的鐵斑是一種無(wú)效的銹槽。這些結(jié)果對(duì)準(zhǔn)確評(píng)價(jià)沉積物碳庫(kù)具有重要意義?;谄矫婀鈽O(PO)的技術(shù)特征,我們認(rèn)識(shí)到可以量化CO2通量(例如根際-沉積物界面和沉積物-水界面),并估算根際驅(qū)動(dòng)的碳礦化對(duì)全球大氣CO2的貢獻(xiàn)。


植物根際驅(qū)動(dòng)的鐵氧化-碳固定與鐵還原-碳礦化過(guò)程示意圖


苦草根際周圍CO2濃度的時(shí)空變化。

JHM:通過(guò)水生植物根系釋放O2和微生物介導(dǎo)的砷生物轉(zhuǎn)化實(shí)現(xiàn)對(duì)沉積物砷的修復(fù)

研究背景

砷(As)是一種劇毒類金屬,可直接通過(guò)飲用受污染的水或間接通過(guò)食物鏈對(duì)人體健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅。在水生系統(tǒng)中,As很容易附著在懸浮顆粒上,最終沉積在沉積物中,導(dǎo)致其在沉積物中的濃度通常遠(yuǎn)高于其在上覆水域中的濃度。然而,在沉積物中,砷并不總是穩(wěn)定的;其遷移率受鐵(Fe)和錳(Mn)氧化還原驅(qū)動(dòng)的循環(huán)控制。值得注意的是,與砷相關(guān)的根際生物地球化學(xué)過(guò)程發(fā)生在微觀尺度上,通常是毫米到亞毫米尺度。我們目前對(duì)根際效應(yīng)及其相關(guān)微生物相互作用對(duì)大型植物根際砷循環(huán)的影響的認(rèn)識(shí),受到現(xiàn)有研究方法空間分辨率低以及它們對(duì)根際環(huán)境造成干擾的限制。

???平面光極的應(yīng)用

微尺度采樣和成像技術(shù),如平面光極技術(shù)(PO)和薄膜擴(kuò)散梯度技術(shù)(DGT)已被用于在亞毫米尺度上揭示根際過(guò)程。它們可以在亞毫米空間分辨率上精確測(cè)量根際溶質(zhì)化學(xué)特征。因此,利用微尺度采樣和成像技術(shù),可以解開(kāi)根際對(duì)大型植物根際As生物地球化學(xué)過(guò)程生物有效性的影響。因此,本研究是通過(guò)無(wú)損、高分辨率化學(xué)成像和基于高通量測(cè)序的微生物組方法,闡明根際及其相關(guān)微生物介導(dǎo)的As生物轉(zhuǎn)化對(duì)沉水植物菹草(Potamogeton crispus)的根際修復(fù)來(lái)降低As的生物利用度的影響。本研究結(jié)果表明,根驅(qū)動(dòng)的非生物和生物轉(zhuǎn)化有助于As在沉積物中的固定,這為將大型植物應(yīng)用于As污染沉積物的修復(fù)奠定基礎(chǔ)。


Li et al., J Haz Mat., 2023

菹草根際DO的二維時(shí)空分布



平面光極技術(shù)的應(yīng)用遠(yuǎn)不止此,因篇幅有限不能一一呈現(xiàn),如您有更好的方案和想法,可以聯(lián)系客服,與我們共同探索和開(kāi)發(fā)平面光極技術(shù)在更多領(lǐng)域的應(yīng)用~



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