微电极案例：微藻-真菌共生系统中的耦合效应促进O2•− 产生

       本次分享一篇由复旦大学张继彪研究团队在《Journal of Hazardous Materials》上发表的一篇学术论文The coupling effect promotes superoxide radical production in the microalgal-fungal symbiosis systems: Production, mechanisms and implication for Hg(II) reduction。本文的主要内容是研究微藻-真菌共生系统中的耦合效应如何促进超氧自由基（O₂^•− ）的产生，以及这一过程对于水体中Hg(II)（汞离子）还原的潜在影响。研究发现，微藻与真菌的共生关系通过增强O₂^•− 的产生，有助于Hg(II)的还原，从而可能影响水环境中的汞循环。研究还探讨了O₂^•− 产生的环境影响，以及微藻-真菌系统中O₂^•− 的产生与微生物群落结构和元素循环之间的关系。

摘要：

       汞（Hg）的氧化还原转化对空气-水界面的汞交换至关重要。然而，水体中微藻-真菌共生系统产生的超氧自由基（O₂^•− ）对Hg(II)还原的贡献尚不清楚。在这里，本文研究了微藻与真菌之间耦合效应对O₂^•− 产生的增强潜力、调查了微环境、微生物与O₂ ^•− 产生之间的关系。此外还探讨了O₂^•− 对Hg(II)还原的含义。结果显示，微藻和真菌的耦合效应在共生系统中增强了O₂^•− 的产生，O₂^•− 的产生在湖水中的第4天达到峰值，为160.51 ± 13.06–173.28 ± 18.21 μmol/kg FW（鲜重）。此外，O₂^•− 表现出与微藻-真菌联合体界面上溶解氧含量和氧化还原电位变化相关的昼夜波动。偏最小二乘路径建模（PLS-PM）表明，O₂^•− 的形成主要与微环境因素和微生物代谢过程有关。实验结果表明，微藻-真菌系统中的O₂^•− 可以介导Hg(II)的还原，促进汞的转化和循环。这些发现强调了微藻和真菌共生系统在水生环境中汞转化中的重要性。

结论：

       本研究调查了微藻-真菌共生系统中的胞外O₂^•−产生、其机制、附着的微生物群落演替，以及对表层水体中Hg(II)还原的环境影响。结果显示，耦合效应促进了微藻-真菌系统中O₂^•−的产生，CGl、HGl和SGl中的O₂^•−浓度先是增加然后减少，在第4天分别达到峰值173.28 ± 18.21、171.35 ± 13.16和160.51 ± 13.06 μmol/kg FW。不同的微藻-真菌系统对从湖水中富集微生物群落有不同的影响；然而，总体而言，微生物群落的Chao1和Sobs多样性指数呈上升趋势，变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidota)和厚壁菌门(Firmicutes)逐渐成为所有系统中的主要细菌。此外，本研究工作揭示了微藻-真菌系统中的微生物生长和代谢通过调节EPS、光合作用、NADH活性和溶解氧等各种因素来介导O₂^•−的产生。这项工作表明，微藻-真菌系统中胞外产生的O₂^•−可以介导Hg(II)的还原，可能减少水中Hg的停留时间，并增加Hg(0)向大气的释放。研究结果强调了微藻和真菌共生系统在水环境中Hg转化中的重要性。

微电极技术应用：

1. 使用微电极传感器（Micro 2100, Easysensor Ltd., China）来测量微藻-真菌共生体界面微环境中的溶解氧（DO）和氧化还原电位（Eh）。

2. 通过微电极技术监测微藻-真菌系统中活性氧（O₂^•−）和超氧自由基（O₂^•−）的含量，以研究OO₂^•−的产生过程。

3. 微电极技术用于分析微藻-真菌共生系统中的微环境因子，如DO和Eh，这些因子与O₂^•−的产生密切相关。

通过这些应用，微电极技术为理解微藻-真菌共生系统中O₂^•−的产生机制提供了重要工具，进而有助于揭示这些共生系统在水环境修复和污染物处理中的潜在作用。