大叶藻，多年生沉水草本，属于唯一一种开花的水生植物。根茎发达或否，匍匐或偶近直立，呈单轴式，通常每节生有先出叶1枚，具叶片或无，节生须根2至多数。高浓度H2S是一种细胞毒素，对霉菌有毒性作用。本论文结合基于电化学原理制备的微电极研究系统与自制的实验箱模拟大叶藻在海洋的生活环境，分析了大叶藻微环境区域的变化情况，讨论了大叶藻根际周围形成的含氧微屏蔽区域是如何让大叶藻根茎部分再生组织区域减少植物毒性代谢硫化氢的生成。


Unisense微电极系统的应用


应用了unisense氧微电极和pH微电极和硫化氢电极，所使用的氧微电极尖端直径都为100微米，硫化氢电极尖端直径为50微米，pH电极的尖端直径为50微米，通过使用自动马达设备与微电极联用测试了大叶藻根际区域的不同深度位置区域的氧气的浓度，pH、以及硫化氢的浓度分布情况。


实验结果


本论文研究了大叶藻根际周围区域的环境变化对于大叶藻根系的生长影响，研究发现，大叶藻能够利用其中的根际的叶鞘区域产生的高速率的产氧量来改变其自身生长的微化学环境，这也确保了能够产生植物性毒素的硫化氢能够被氧化，形成化学防御机制，保护大叶藻脆弱的根部分身组织，另外植物自身的pH调节导致的pH值变大的过程通过将硫化物以及降低植物性毒素H2S转换为无植物毒性的HS-离子。

图1、图a表示的是模拟的分流实验箱设备图，试验箱的另一端有流动的水相以及缺氧的沉积物层。图b表示的是应用微电极测试人造模拟的具有三层结构的沉积物底泥系统。图b中可以看出模拟底泥系统中的最上层是一层含有10-12毫米厚的流动水相，中间层是含有一定浓度硫化氢的无氧沉积物底泥最下层是植物性毒物底层（厚度为4mm），图c表示的是大叶藻在地下的根际组织区域的空间分布示意图。其中T代表的是根尖/根冠，A代表的是顶端分生组织区域，E代表的是根的伸长区域，M代表的是根的生长成熟区域，BM代表的是带叶鞘的基底分生组织，N表示的是根的节点，IN表示的是植物的节间区域。

图2、应用Unisense微电极测试的大叶藻根际区域不同组织区域（叶鞘的基底分生组织区域、根的结点区域、根的间区域）的氧气浓度、pH、硫化氢的剖面图。其中t图a和图b分布表示的是所取的两组不同根际区域。其中图a，b中的四种不同颜色的线分布表示的是红色线（低氧状态下）、黑色线（无光照条件）、蓝色线（使用了波长为260nm的紫外光线光照）、绿色线（波长为350n的紫外光线光照）。从图中可以看出，在低氧状态下的根据组织区域的各位区域中的氧气浓度都很低，而在无光照条件、使用波长为260n、350nm的紫外线的条件下，根际组织区域部分的氧气浓度越靠近根际的表层，其氧气浓度越大，而对于硫化氢来说，根据的表层的硫化氢浓度较低，根际底部区域的硫化氢浓度较大。而pH则是靠近根际表层区域的pHj较小，远离根际的底部的pH值较大。

图3、经过显微镜放大的大叶藻根束不用区域的（成熟区、伸长区域、根冠区域、根的顶端分身组织区域）氧气浓度、pH、硫化氢浓度的分布情况。其中图b中的四种不同颜色的线分布表示的是大叶藻所处的不同环境红色线（低氧状态下）、黑色线（无光照条件）、蓝色线（使用了波长为260nm的紫外光线光照）、绿色线（波长为350n的紫外光线光照）。从图中可以看出，在大叶藻根束区域的氧气浓度几乎为零，而硫化氢的浓度在50-100umol/L，而pH的分布情况则是6.3-6.9。

图4、大叶藻叶鞘的基底分生组织的含氧微屏蔽区(OM)的微剖面分析图。其中蓝色线表示的是氧气浓度剖面分析图，黑色的线代表的是硫化氢的浓度剖面分析图，红色的线代表的是pH浓度分布图。从图中可以看出，氧气浓度的分布从0-30umol/L，而pH值的分布范围为6.5~7.2，硫化氢浓度分布0~6.5umol/L。越靠近大叶藻的土壤表层，氧气的浓度越大，而硫化氢则表现相反，表层的硫化氢浓度较低。

图5、大叶藻根际区域的氧气浓度分布、硫化氢浓度分布以及pH分布的形象示意图，从图中可以看出，在根际的纵向区域，氧气浓度是由上倒下其浓度逐渐降低，而硫化氢浓度由上倒下则是逐渐增大，pH值表现为由上倒下逐渐增大，而对于根际的横向区域位置，根际的中间区域的氧气浓度从中间向两边逐渐变小，而硫化氢则是呈现相反的现象，从两边倒中间的区域，硫化氢的浓度逐渐减小。


总结


园艺植物在生长的过程中与根际环境不断进行物质和能量的交换，而根际微环境对根系从土壤溶液中吸收营养物质有较大的影响，H2S是一种植物性毒性，对于植物的生长有一定的抑制影响，本论文通过unisense微电极与定制的实验箱结合联用，用于分析海洋底下的大叶藻微生物生物地球化学微环境随室外环境的变化情况，微电极测试了根际周围区域的氧气浓度、硫化氢浓度、pH值的分布情况，发现根际区域存在着一个个氧的微屏蔽区，能够保护大叶藻的再生根组织区域免受植物性毒素硫化氢的侵害，从而达到调节大叶藻的生长微环境，这说明了unisense微电极系统测试的硫化氢、氧气浓度的剖面数据为研究者提供了充分的数据支持，从而使相关研究者能够准确快速的分析出植物生长受其根际周围微环境的变化影响，这也表明微电极系统在研究植物根际组织生长领域方面存在着非常好的而应用。