大葉藻，多年生沉水草本，屬于唯一一種開花的水生植物。根莖發達或否，匍匐或偶近直立，呈單軸式，通常每節生有先出葉1枚，具葉片或無，節生須根2至多數。高濃度H2S是一種細胞毒素，對霉菌有毒性作用。本論文結合基于電化學原理制備的微電極研究系統與自制的實驗箱模擬大葉藻在海洋的生活環境，分析了大葉藻微環境區域的變化情況，討論了大葉藻根際周圍形成的含氧微屏蔽區域是如何讓大葉藻根莖部分再生組織區域減少植物毒性代謝硫化氫的生成。


Unisense微電極系統的應用


應用了unisense氧微電極和pH微電極和硫化氫電極，所使用的氧微電極尖端直徑都為100微米，硫化氫電極尖端直徑為50微米，pH電極的尖端直徑為50微米，通過使用自動馬達設備與微電極聯用測試了大葉藻根際區域的不同深度位置區域的氧氣的濃度，pH、以及硫化氫的濃度分布情況。


實驗結果


本論文研究了大葉藻根際周圍區域的環境變化對于大葉藻根系的生長影響，研究發現，大葉藻能夠利用其中的根際的葉鞘區域產生的高速率的產氧量來改變其自身生長的微化學環境，這也確保了能夠產生植物性毒素的硫化氫能夠被氧化，形成化學防御機制，保護大葉藻脆弱的根部分身組織，另外植物自身的pH調節導致的pH值變大的過程通過將硫化物以及降低植物性毒素H2S轉換為無植物毒性的HS-離子。

圖1、圖a表示的是模擬的分流實驗箱設備圖，試驗箱的另一端有流動的水相以及缺氧的沉積物層。圖b表示的是應用微電極測試人造模擬的具有三層結構的沉積物底泥系統。圖b中可以看出模擬底泥系統中的最上層是一層含有10-12毫米厚的流動水相，中間層是含有一定濃度硫化氫的無氧沉積物底泥最下層是植物性毒物底層（厚度為4mm），圖c表示的是大葉藻在地下的根際組織區域的空間分布示意圖。其中T代表的是根尖/根冠，A代表的是頂端分生組織區域，E代表的是根的伸長區域，M代表的是根的生長成熟區域，BM代表的是帶葉鞘的基底分生組織，N表示的是根的節點，IN表示的是植物的節間區域。

圖2、應用Unisense微電極測試的大葉藻根際區域不同組織區域（葉鞘的基底分生組織區域、根的結點區域、根的間區域）的氧氣濃度、pH、硫化氫的剖面圖。其中t圖a和圖b分布表示的是所取的兩組不同根際區域。其中圖a，b中的四種不同顏色的線分布表示的是紅色線（低氧狀態下）、黑色線（無光照條件）、藍色線（使用了波長為260nm的紫外光線光照）、綠色線（波長為350n的紫外光線光照）。從圖中可以看出，在低氧狀態下的根據組織區域的各位區域中的氧氣濃度都很低，而在無光照條件、使用波長為260n、350nm的紫外線的條件下，根際組織區域部分的氧氣濃度越靠近根際的表層，其氧氣濃度越大，而對于硫化氫來說，根據的表層的硫化氫濃度較低，根際底部區域的硫化氫濃度較大。而pH則是靠近根際表層區域的pHj較小，遠離根際的底部的pH值較大。

圖3、經過顯微鏡放大的大葉藻根束不用區域的（成熟區、伸長區域、根冠區域、根的頂端分身組織區域）氧氣濃度、pH、硫化氫濃度的分布情況。其中圖b中的四種不同顏色的線分布表示的是大葉藻所處的不同環境紅色線（低氧狀態下）、黑色線（無光照條件）、藍色線（使用了波長為260nm的紫外光線光照）、綠色線（波長為350n的紫外光線光照）。從圖中可以看出，在大葉藻根束區域的氧氣濃度幾乎為零，而硫化氫的濃度在50-100umol/L，而pH的分布情況則是6.3-6.9。

圖4、大葉藻葉鞘的基底分生組織的含氧微屏蔽區(OM)的微剖面分析圖。其中藍色線表示的是氧氣濃度剖面分析圖，黑色的線代表的是硫化氫的濃度剖面分析圖，紅色的線代表的是pH濃度分布圖。從圖中可以看出，氧氣濃度的分布從0-30umol/L，而pH值的分布范圍為6.5~7.2，硫化氫濃度分布0~6.5umol/L。越靠近大葉藻的土壤表層，氧氣的濃度越大，而硫化氫則表現相反，表層的硫化氫濃度較低。

圖5、大葉藻根際區域的氧氣濃度分布、硫化氫濃度分布以及pH分布的形象示意圖，從圖中可以看出，在根際的縱向區域，氧氣濃度是由上倒下其濃度逐漸降低，而硫化氫濃度由上倒下則是逐漸增大，pH值表現為由上倒下逐漸增大，而對于根際的橫向區域位置，根際的中間區域的氧氣濃度從中間向兩邊逐漸變小，而硫化氫則是呈現相反的現象，從兩邊倒中間的區域，硫化氫的濃度逐漸減小。


總結


園藝植物在生長的過程中與根際環境不斷進行物質和能量的交換，而根際微環境對根系從土壤溶液中吸收營養物質有較大的影響，H2S是一種植物性毒性，對于植物的生長有一定的抑制影響，本論文通過unisense微電極與定制的實驗箱結合聯用，用于分析海洋底下的大葉藻微生物生物地球化學微環境隨室外環境的變化情況，微電極測試了根際周圍區域的氧氣濃度、硫化氫濃度、pH值的分布情況，發現根際區域存在著一個個氧的微屏蔽區，能夠保護大葉藻的再生根組織區域免受植物性毒素硫化氫的侵害，從而達到調節大葉藻的生長微環境，這說明了unisense微電極系統測試的硫化氫、氧氣濃度的剖面數據為研究者提供了充分的數據支持，從而使相關研究者能夠準確快速的分析出植物生長受其根際周圍微環境的變化影響，這也表明微電極系統在研究植物根際組織生長領域方面存在著非常好的而應用。