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全球領先的微電極研究系統

微米級微電極適用穿刺動植物組織、沉積物、生物膜的微電極

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發布年限：全部 2024 2023 2022 2021 2020 2019 2018 2017 2016 2015 2014

溶解鐵增加對兩種地中海珊瑚光合作用及胃腔氧氣可用性的對比影響

該研究探討了不同濃度溶解鐵（Fe(III)）對兩種地中海珊瑚（Cladocora caespitosa和Oculina patagonica）光合作用、呼吸作用及胃腔氧氣動態的影響。結果顯示，兩種珊瑚對鐵富集的響應存在顯著差異：C. caespitosa在中等鐵濃度（50 nM）下光合和呼吸速率提高，但在高濃度（100 nM）下光合效率下降；而O. patagonica在所有鐵濃度下光合和呼吸速率均降低。鐵富集還導致兩種珊瑚胃腔內夜間缺氧加劇，并延長珊瑚收縮時間，影響氧氣交換。

EPR自旋捕獲技術用于監測光合作用光保護過程中單線態氧的時間動態

摘要提出了一種結合電子順磁共振（EPR）自旋捕獲和時間分辨熒光光譜的方法，用于實時監測植物類囊體膜在光保護過程中單線態氧（1O?）的動態變化。研究發現，在連續光照1小時期間，1O?的表觀濃度先下降后上升。光照初期，1O?濃度的下降與非光化學淬滅（NPQ）激活導致的葉綠素熒光壽命縮短同步；而使用跨膜質子梯度解偶聯劑尼日利亞菌素（nigericin）會延遲NPQ和1O?的調節。NPQ飽和后，無論是否處理，1O?*濃度均上升，表明NPQ在短期內（前10分鐘）通過耗散過剩能量減輕光氧化壓力。

葉面氣膜1促進水稻根部甘油酯積累及形成緊密的徑向氧損失屏障

水稻（Oryza sativa）在土壤淹水條件下會形成根外層細胞壁的質外體屏障，以限制氧氣通過徑向流失到根際環境，從而維持根尖的氧氣供應以支持根系生長。研究聚焦于LGF1（Leaf Gas Film 1）基因的功能，發現該基因不僅調控葉片疏水性，還參與根部屏障的形成。通過比較野生型、LGF1突變體（drp7）和LGF1過表達株系，發現突變體的屏障功能較弱，而引入功能性LGF1后屏障功能完全恢復。這種屏障功能的差異與根外層細胞中甘油酯的積累相關，而非總木栓質或木質素含量的差異。

植物葉片N?O排放是大氣中重要的來源

陸地植物葉片在自然條件下普遍釋放N?O，主要由內生細菌驅動，硝酸鹽是主要氮源。全球葉片N?O排放估算為1.21-1.01 Tg N?O-N/年，占當前全球年排放量的6%-7%。

耐洪樹種落羽杉水下光合作用對光照、CO2、溫度和淹沒時間的響應

研究探討了耐洪樹種落羽杉（Taxodium distichum）在水下光合作用的響應機制。通過30天的完全淹沒實驗，測量了其水下凈光合速率（PN）、針葉疏水性、氣膜厚度、葉綠素濃度及解剖結構變化，并構建了水下PN對CO2、光照和溫度的響應曲線。研究發現，盡管氣膜厚度和葉綠素濃度隨淹沒時間顯著下降導致PN降低，但即使淹沒30天后仍保留部分光合能力。氣膜的保留（初始厚度35μm）可提升2倍光合速率，但長期淹沒導致氣膜消失，同時針葉柵欄組織降解。

水稻根和根莖對土壤水分梯度的解剖和生理響應

研究長雄野生稻（Oryza longistaminata）的根和根莖在土壤水分梯度（淹水、正常澆水和缺水）下的解剖與生理響應，重點關注根莖的生理整合作用以及根和根莖的結構適應性。

氫化鎂通過促進抗壞血酸-谷胱甘肽循環賦予綠豆幼苗滲透耐受性

研究證實氫化鎂（MgH2）作為工業儲氫材料，在滲透脅迫下通過增強抗壞血酸-谷胱甘肽（AsA-GSH）循環維持氧化還原穩態，緩解綠豆幼苗的氧化損傷和生長抑制。與傳統富氫水（HRW）相比，MgH2溶液具有更高的H2濃度和更長的釋放時間，且能進一步誘導植物內源H2生成。

煙草PIP1;3的過表達增強低氧脅迫下油菜根系通氣及氧代謝能力

該研究通過過表達煙草的NtPIP1;3基因（一種推測參與氧氣運輸的質膜水通道蛋白）于油菜（甘藍型油菜），探究其在根低氧脅迫下的生理和代謝響應。結果顯示，轉基因植株在淹水脅迫下維持了更高的生物量、光合速率、根水導度、根氧濃度、葉片水勢、根系呼吸速率和ATP水平。代謝分析表明轉基因植株通過調控糖酵解、丙酮酸代謝和三羧酸循環（TCA cycle）增強有氧代謝。基因表達分析顯示，轉基因植株的缺氧信號通路基因（如RAP2.12、PCO1/2）表達模式與野生型不同，結合直接測量的根氧濃度數據，證實NtPIP1;3通過促進根系氧供應增強低氧耐受性。

根系對土壤淹水條件下優質水稻（Oryza sativa L.）水分虧缺的適應性

摘要指出水稻根部在淹水條件下形成的徑向氧流失屏障（ROL屏障）不僅限制氧氣向缺氧土壤擴散，還能減少水分流失，從而增強對后續干旱的耐受性。研究通過水培實驗模擬不同水分條件（通氣對照、淹水停滯、PEG6000模擬缺水），結合氧氣微電極、解剖學和生理學分析，發現ROL屏障在淹水和輕度缺水條件下均被誘導，且淹水預處理的植株在后續嚴重缺水條件下表現出更強的存活能力，葉片萎蔫顯著減少。

附生蘭花蝴蝶蘭根部光合作用防止缺氧

摘要指出附生蘭花蝴蝶蘭的根部具有光合能力，其肥大的綠色根部在黑暗環境下會缺氧，但在光照下通過光合作用產生氧氣從而緩解缺氧。研究通過組織化學分析、光合色素測定、氧氣濃度測量及葉綠素熒光成像等方法，證實蝴蝶蘭根部光合作用不僅參與碳代謝，還能通過產氧維持根部氧氣平衡，防止缺氧對根系的生理限制。

番茄果實成熟期間的缺氧：通過三維反應擴散模型進行生物物理學解析

摘要指出番茄果實成熟過程中，呼吸作用為生理變化提供能量，而氧氣通過被動擴散進入果實內部。由于果實體積大且組織致密，氧氣梯度可能導致局部缺氧，影響成熟的空間分布。研究通過結合磁共振成像（MRI）和微計算機斷層掃描（micro-CT）生成的多尺度幾何結構，建立了三維反應擴散模型，預測番茄果實內部的氧氣和二氧化碳分布。模型顯示，在常壓下，柱狀組織（locular tissue）處于缺氧狀態，缺氧由組織擴散阻力和呼吸速率共同導致。驗證實驗通過微傳感器測量證實了模型的準確性。

不同莖部組織在黑暗和光照條件下的凈氧氣交換速率

本研究通過微傳感器技術和熒光壽命成像顯微鏡（FLIM），首次系統評估了木本植物（以花楸樹為例）莖部不同組織（樹皮和木材）的光合作用能力及其對氧氣釋放的貢獻。研究發現，光照條件下莖部整體、樹皮和木材均能產生氧氣，且年輕莖的氧氣產量和暗呼吸速率高于老莖。樹皮是莖部凈氧氣生產的主要貢獻者，但木材葉綠體也具有光合活性。FLIM分析顯示木材葉綠體的PSI比例低于樹皮，表明莖部葉綠體能夠適應內部光譜環境。研究揭示了莖部光合作用在維持局部氧氣平衡中的作用。

水葫蘆種子的發芽要求及適宜貯藏方法

本研究探討了浮葉植物_Hydrocharis dubia_種子的萌發需求及適宜儲存方法。結果表明：光照和高密度種子聚集顯著促進萌發（光照下萌發率60.67%，黑暗28.40%；50粒聚集萌發率59.33%，單粒僅6%），而埋藏深度（0 cm萌發率50.4%，3 cm以上無萌發）抑制萌發。氧氣、水位和基質對萌發無顯著影響。儲存方法中，濕沙儲存于環境水溫（4–25°C）效果最佳，2年后萌發率達92.8%；常溫干儲則無法萌發。研究為水生植物保護與恢復提供了關鍵數據支持。

藻類分解加速反硝化作用：基于富營養化湖泊沉積物-水界面氮組分高分辨率分布的證據

研究通過原位薄膜梯度擴散技術（DGT）和高分辨率滲析技術（HR-Peeper）分析了中國太湖沉積物-水界面（SWI）氮組分（NH4+-N、NO3--N、NO2--N）的垂直分布，并結合環形水槽模擬實驗，揭示了藻類分解對氮循環的影響。結果表明：藻類分解釋放的NH4+-N通過硝化作用轉化為NO3--N和NO2--N，導致SWI處硝酸鹽和亞硝酸鹽濃度顯著升高；藻類分解同時增加溶解有機質（DOM，以腐殖酸和類腐殖質為主），降低溶解氧（DO）滲透深度（減少7毫米）和SWI附近pH值，促進沉積物反硝化過程。藻類分解改變了氮的分布模式及沉積物作為氮“源”或“匯”的功能轉換，為富營養化湖泊氮遷移轉化機制提供了新證據。

在缺氧至低氧波羅的海沉積物中添加堿性礦物作為潛在高效二氧化碳去除技術

研究通過在波羅的海缺氧至低氧沉積物中添加橄欖巖（dunite）和方解石（calcite），評估其增強底棲風化（EBW）對二氧化碳去除的潛力。實驗模擬夏季底層水低氧條件，發現方解石和橄欖巖的添加分別使堿度通量增加2.94和1.12 μmol cm?2 d?1，顯著高于冬季條件下的結果。缺氧階段堿度通量最高，鈣（Ca）和硅（Si）通量證實礦物溶解是主要貢獻。方解石溶解速率與北太平洋實測值一致，橄欖巖溶解速率符合實驗室動力學模型。研究提出在波羅的海季節性缺氧區域，方解石是更高效的EBW材料，底層水腐蝕性是礦物溶解的主要驅動力。

在含氧光合細菌存在下發生甲烷可能有助于全球甲烷循環

論文挑戰了傳統觀點，即地表水中的甲烷主要來源于有機物的厭氧轉化。研究發現，產氧光合細菌（如藍藻）與產甲烷古菌（如Methanosarcina barkeri）通過鐵氧化還原循環，在周期性光暗交替條件下觸發產甲烷作用。光照條件下通過非生物甲烷生成（氧化條件），黑暗條件下通過共生甲烷生成（缺氧條件）。該過程涉及光合細菌產生的有機物和中間產物作為甲基供體，以及活性氧（ROS）介導的化學反應。研究還驗證了其他光合細菌與不同產甲烷古菌組合的普適性，表明這種光驅動產甲烷機制在自然界廣泛存在。

用氧微傳感器測量韓國黃海 Garolim 灣優勢橈足類的呼吸

研究于2014年10月至2015年6月在韓國Garolim灣進行，測量了四種優勢橈足類（Acartia hongi、Calanus sinicus、Labidocera euchaeta、Paracalanus parvus sensu lato）的呼吸速率，使用克拉克型氧微傳感器。個體呼吸速率范圍為0.003-0.366μL O?/個體/小時，體重特異性呼吸速率（WSRRs）為0.623-7.789μL O?/個體/毫克干重/小時。結果表明，大型橈足類呼吸速率較低，小型物種呼吸速率相近；呼吸速率與海水溫度和體重呈正相關，可通過溫度和體重函數表達。研究驗證了微傳感器技術在代謝研究和缺氧影響評估中的應用潛力。

現代海洋中被忽視的大陸架沉積物還原匯對溶解錸和鈾的影響

該研究指出錸（Re）和鈾（U）是重建古海洋氧化還原歷史的關鍵指標，但此前研究低估了大陸架沉積物作為其還原匯的作用。通過東海陸架沉積物的224Ra/228Th不平衡方法，發現Re和U的去除通量與沉積物氧消耗速率、有機碳分解速率呈正相關。全球尺度評估顯示，大陸架沉積物的還原匯規模與深海缺氧/次氧化匯相當（Re）或更高（U，達4倍），暗示現代海洋Re和U預算可能存在源匯不平衡或現有源項被嚴重低估。

西班牙力拓河酸性礦物沉淀中pH1以下的微生物墊中耐酸藍藻的關聯

這篇論文首次報道了在西班牙力拓河（pH常年低于1的極端酸性環境）的酸性礦物沉淀中，發現與微生物墊相關的耐酸藍藻。研究通過多方法（電子顯微鏡、熒光原位雜交、免疫檢測和宏基因組分析）驗證了藍藻的存在，并揭示了其在酸性環境中的適應機制及其與礦物沉淀（以鈉鐵礬為主）的生態關聯。

微污染物及其降解對沉積物-水界面原核生物群落的聯合影響

研究分析了三種微污染物（二甲雙胍、異丙甲草胺、特丁津）單獨或混合存在時在沉積物-水界面微宇宙中的消散過程及其對原核生物群落的影響。結果顯示，二甲雙胍和異丙甲草胺在70天內完全消散，而特丁津具有持久性；混合污染未顯著改變單一污染物的消散速率。微生物群落結構的變化主要由基質（沉積物/水）和時間驅動，但混合污染中的異丙甲草胺和特丁津對特定類群表現出協同或拮抗的非加性效應。

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