賈漢忠教授團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)土壤根際自由基熱點的 時空分布與形成機(jī)制

近日，我院賈漢忠教授團(tuán)隊在根際土壤活性氧自由基的賦存特征及形成機(jī)制研究方面取得重要進(jìn)展。研究成果以“Microscale Spatiotemporal Variation and Generation Mechanisms ofReactive Oxygen Species in the Rhizosphere of Ryegrass: Coupled Biotic?Abiotic Processes”為題發(fā)表于《Environmental Science & Technology》。資環(huán)學(xué)院博士研究生劉晉波為論文第一作者，賈漢忠教授為通訊作者。

活性氧（ROS）普遍存在于多種環(huán)境基質(zhì)中，在元素循環(huán)和污染物降解中發(fā)揮至關(guān)重要的作用。土壤中ROS的生成通常與動態(tài)界面處的氧化還原反應(yīng)有關(guān)，根際微界面存在較高的微生物活性、根系分泌物濃度、氧氣含量、以及獨特的pH特征，具有較高的反應(yīng)活性，這些直接影響著界面電子傳遞和氧化還原等生物地球化學(xué)過程，有可能會誘導(dǎo)ROS的形成，但關(guān)于ROS在根際微界面的產(chǎn)生卻知之甚少。因此，深入了解根際ROS的形成過程對全面探究根際土壤的生物地球化學(xué)過程具有重要意義。

賈漢忠教授團(tuán)隊長期從事土壤自由基的產(chǎn)生、積累及環(huán)境效應(yīng)的研究。在前期工作的基礎(chǔ)上，該團(tuán)隊首先通過化學(xué)發(fā)光法和自旋捕獲法定性證實了根際土壤中ROS的存在與累積，進(jìn)而用分子探針法定量了3種代表性ROS（如超氧自由基（O2），雙氧水（H2O2）和羥基自由基（OH））的時空變化特征。在黑麥草的整個生命周期中，O2和H2O2含量呈先升高后降低的趨勢，而OH含量呈持續(xù)下降的趨勢；空間上，ROS含量在根際0 ~ 5 mm處保持較高水平，然后隨著距離的增加而降低。不同土壤中ROS含量的變化順序為黑土>磚紅壤>黃棕土>塿土~紅黃泥；土壤氧化還原組分（Fe(II)、DOC、水溶性酚）、根系分泌物和酶活性、以及微生物群落與結(jié)構(gòu)也呈現(xiàn)出與ROS相似的變化趨勢，表明黑麥草生長可能通過調(diào)節(jié)非生物和生物因子介導(dǎo)根際ROS的產(chǎn)生。結(jié)構(gòu)方程模型表明，ROS的產(chǎn)生可能由Fe(II)和水溶性酚介導(dǎo)的電子轉(zhuǎn)移、微生物群落驅(qū)動的胞外O2釋放和Fe(II)/Fe(III)循環(huán)等非生物-生物過程共同調(diào)控。

該研究率先報道了某種植物全生命周期根際土壤中ROS的時空演變過程，為土壤ROS熱點的提出提供了重要的理論基礎(chǔ)，并為更加全面地認(rèn)識根際污染物降解、碳周轉(zhuǎn)和元素循環(huán)等生態(tài)環(huán)境效應(yīng)提供了關(guān)鍵信息與科學(xué)依據(jù)。

該研究得到了國家自然科學(xué)基金的資助。

文章鏈接：https://doi.org/10.1021/acs.est.2c06167

                                                                                                                                             編輯：趙杰

                                                                                                                                             終審：李志