近日，西北農林科技大學資源環境學院賈漢忠教授研究團隊在《Soil Biology and Biochemistry》（中科院一區期刊，IF =10.285）發表了題為“Spatiotemporal dynamics of reactive oxygen species in the detritusphere and their critical roles in organic carbon mineralisation”的研究論文。

活性氧（ROS）被認為是生物地球化學過程的重要驅動因素。然而，ROS的動態和分布及其對碎屑層碳排放的影響仍然難以捉摸。在本文中，作者使用ROS捕獲瓊脂凝膠觀察了碎屑層中ROS的原位產生（即超氧陰離子自由基，O2??；過氧化氫，H2O2；羥基自由基，?OH），其含量隨著殘留物的衰減而逐漸增加然后減少。在空間上，O2??含量隨著離殘渣距離的增加而逐漸降低，而H2O2含量則增加。有趣的是，在孵育3天和24天后，隨著與殘留物的距離增加，?OH的含量分別從3.2μmol kg-1增加到4.3μmol kg-1，從6.9μmol kg-2減少到3.9μmol kg-1。Spearman相關分析表明，O2??的產生與酚氧化酶對水溶性酚的氧化密切相關。相比之下，H2O2的產生與微生物的豐度相關，這表明微生物是碎屑層H2O2產生的主要驅動因素。孵化實驗的結果表明，在殘渣分解的第3天至第24天，?OH產生的主要驅動因素從Fe（II）轉移到水可提取有機碳（WEOC）。此外，高壓滅菌降低了?OH含量，無論是否存在Fe（II）或WEOC，這突顯了微生物在?OH生成中的重要作用。形成的ROS顯著影響了有機碳（OC，P<0.05）的礦化，且其影響因ROS類型而異。具體而言，ROS淬滅實驗表明，?OH和O2??分別刺激OC礦化15%和4%，而H2O2使OC礦化減少18%。所獲得的信息突出表明，碎屑層是ROS產生的普遍但以前被低估的熱點，這對土壤OC礦化和啟動效應具有重要意義。
 

用于可視化ROS產生的ROS捕獲瓊脂凝膠的實驗裝置和應用示意圖（培養3天內ROS積累的印記）
 

碎屑圈ROS產生的潛在途徑示意圖。縮寫：?OH，羥基自由基，H2O2，過氧化氫，O2??，超氧陰離子自由基

為了在原位觀察ROS的產生，將1克殘留物（干重）和70克土壤（干重）填充到一個自建的矩形樹脂箱（尺寸：130×7×60毫米）中，以創建一個碎屑層微環境。殘留物被放置在盒子內部的頂部，將其分層放置在土壤上。將組裝好的盒子垂直放置，放入28℃的黑暗生化培養箱中，通過添加去離子水（每日稱重）將土壤濕度保持在土壤重量的約40%。孵育3天后，使用含有2′，7′-二氯二氫熒光素二乙酸酯（DCFH-DA）的瓊脂凝膠進行ROS可視化，該凝膠與ROS反應產生熒光化合物2′，7'-去氯熒光素（DCF），激發和發射波長分別為488 nm和525 nm。為了用DCFH-DA制備瓊脂凝膠，將3%瓊脂凝膠、10 mM磷酸鹽緩沖鹽水（PBS）緩沖液（pH 7.2）和10μM DCFH-DA.的混合物倒入平板中。在黑暗中固化4小時后，取出瓊脂凝膠。移除樹脂箱（尺寸：130 mm×60 mm）的面板，在28℃的黑暗中，將制備好的瓊脂凝膠小心地覆蓋殘留物和土壤的暴露表面1小時。最后，作者使用廣州博鷺騰生物科技有限公司生產的PlantView 植物活體成像系統快速掃描獲得的瓊脂凝膠，得到ROS的熒光分布信號。
 

論文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2024.109700