本期分享一篇復旦大學張繼彪團隊在《Journal of Hazardous Materials》發表的一篇學術論文：Temporal variations in reactive oxygen species in biofilms of submerged macrophytes: The key role of microbial metabolism mediated by oxygen fluctuations,Journal of Hazardous Materials。這篇文章需要研究了沉水植物生物膜中活性氧種（ROS）的產生及其在水生環境中的生物地球化學作用。

活性氧種（ROS）在水生環境的生物地球化學中發揮著關鍵作用，然而它們在沉水植物生物膜中的出現和積累卻鮮有記錄。在此，我們研究了生物膜微環境的光暗循環波動以及生物膜演替過程中代表性ROS（O₂^•?）的時間變化，并隨后量化了生物膜中的光化學過程。持續產生的O₂^•?呈現出明顯的節奏性波動，從32.49 ± 0.56 μmol/kg到72.56 ± 0.92 μmol/kg FW，與溶解氧、氧化還原電位和pH同時波動，這一切都是由生物膜交替的氧化-厭氧條件驅動的。O₂^•?和ROS的強度在生物膜演替過程中首先增加然后減少。不同水體中生物膜的O₂^•?濃度順序為鄉村河水 > 景觀湖水 > 水產養殖池塘水，葉片光合作用和微生物群落發揮了關鍵作用。ROS的產生與放線菌門、變形菌門和擬桿菌門顯著相關，貢獻分別為44.6%、32.8%和15.2%。偏最小二乘路徑建模結構方程分析表明，葉片生物膜中ROS的產生主要與微環境和微生物代謝有關。這些發現將促進水生環境中生態恢復策略的發展。

本研究提供了關于沉水植物生物膜中活性氧物質（ROS）形成實驗證據。具體來說，生物膜中的ROS是可以再生和持續的，這意味著它們對水生生物地球化學過程有持續的影響。盡管光化學過程不是生物膜中ROS產生的主要途徑，但太陽輻射仍然是一個重要因素，并誘導了沉水植物微界面的光暗波動，從而影響ROS的產生。此外，我們的工作表明，生物膜中的ROS隨著生物膜演替而變化，并主要受到需氧細菌微生物群落代謝的影響。在沉水植物生物膜中發現ROS的產生不僅擴大了水生環境中現有ROS區域的范圍，而且還表明ROS在具有相似特征的動態界面中產生和積累，如潮間帶表層土壤、水稻根際和黑麥草根際土壤。我們假設，葉生物膜中胞外ROS的形成不僅由于微生物氧化應激，而且與微生物細胞間通信和碳循環中的信號分子傳遞以及金屬和污染物降解有關，這需要在遺傳、功能和群落水平上進一步分析。

在這篇文章中，微電極技術被用于實時監測沉水植物葉片生物膜微環境的動態變化，包括溶解氧（DO）、氧化還原電位（Eh）和pH值。智感環境推出的單通道微電極分析系統（Micro1100）和多通道微電極分析系統（Micro2100）能夠原位觀測微小區間溶解氧（DO）、氧化還原電位（Eh）和pH值的變化。