近日，西北农林科技大学资源环境学院贾汉忠教授研究团队在《Soil Biology and Biochemistry》（中科院一区期刊，IF =10.285）发表了题为“Spatiotemporal dynamics of reactive oxygen species in the detritusphere and their critical roles in organic carbon mineralisation”的研究论文。

活性氧（ROS）被认为是生物地球化学过程的重要驱动因素。然而，ROS的动态和分布及其对碎屑层碳排放的影响仍然难以捉摸。在本文中，作者使用ROS捕获琼脂凝胶观察了碎屑层中ROS的原位产生（即超氧阴离子自由基，O2•−；过氧化氢，H2O2；羟基自由基，•OH），其含量随着残留物的衰减而逐渐增加然后减少。在空间上，O2•−含量随着离残渣距离的增加而逐渐降低，而H2O2含量则增加。有趣的是，在孵育3天和24天后，随着与残留物的距离增加，•OH的含量分别从3.2μmol kg-1增加到4.3μmol kg-1，从6.9μmol kg-2减少到3.9μmol kg-1。Spearman相关分析表明，O2•−的产生与酚氧化酶对水溶性酚的氧化密切相关。相比之下，H2O2的产生与微生物的丰度相关，这表明微生物是碎屑层H2O2产生的主要驱动因素。孵化实验的结果表明，在残渣分解的第3天至第24天，•OH产生的主要驱动因素从Fe（II）转移到水可提取有机碳（WEOC）。此外，高压灭菌降低了•OH含量，无论是否存在Fe（II）或WEOC，这突显了微生物在•OH生成中的重要作用。形成的ROS显著影响了有机碳（OC，P<0.05）的矿化，且其影响因ROS类型而异。具体而言，ROS淬灭实验表明，•OH和O2•−分别刺激OC矿化15%和4%，而H2O2使OC矿化减少18%。所获得的信息突出表明，碎屑层是ROS产生的普遍但以前被低估的热点，这对土壤OC矿化和启动效应具有重要意义。
 

用于可视化ROS产生的ROS捕获琼脂凝胶的实验装置和应用示意图（培养3天内ROS积累的印记）
 

碎屑圈ROS产生的潜在途径示意图。缩写：•OH，羟基自由基，H2O2，过氧化氢，O2•−，超氧阴离子自由基

为了在原位观察ROS的产生，将1克残留物（干重）和70克土壤（干重）填充到一个自建的矩形树脂箱（尺寸：130×7×60毫米）中，以创建一个碎屑层微环境。残留物被放置在盒子内部的顶部，将其分层放置在土壤上。将组装好的盒子垂直放置，放入28℃的黑暗生化培养箱中，通过添加去离子水（每日称重）将土壤湿度保持在土壤重量的约40%。孵育3天后，使用含有2′，7′-二氯二氢荧光素二乙酸酯（DCFH-DA）的琼脂凝胶进行ROS可视化，该凝胶与ROS反应产生荧光化合物2′，7'-去氯荧光素（DCF），激发和发射波长分别为488 nm和525 nm。为了用DCFH-DA制备琼脂凝胶，将3%琼脂凝胶、10 mM磷酸盐缓冲盐水（PBS）缓冲液（pH 7.2）和10μM DCFH-DA.的混合物倒入平板中。在黑暗中固化4小时后，取出琼脂凝胶。移除树脂箱（尺寸：130 mm×60 mm）的面板，在28℃的黑暗中，将制备好的琼脂凝胶小心地覆盖残留物和土壤的暴露表面1小时。最后，作者使用广州博鹭腾生物科技有限公司生产的PlantView 植物活体成像系统快速扫描获得的琼脂凝胶，得到ROS的荧光分布信号。
 

论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2024.109700