采用濕潤性圖案化微流控芯片技術(shù)用于土壤生物地球化學(xué)界面的形成過程研究
近日,由中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所研究員吳金水領(lǐng)銜的農(nóng)業(yè)生態(tài)過程研究團(tuán)隊,在土壤生物地球化學(xué)界面形成過程的研究中,取得新的方法學(xué)進(jìn)展。
土壤被形象地稱為地球的皮膚,也是地球上最復(fù)雜的生物物理材料。在土壤微結(jié)構(gòu)中,土壤顆粒表面的生物地球化學(xué)過程控制著污染物和營養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)運和代謝過程,是土壤生態(tài)系統(tǒng)功能的關(guān)鍵驅(qū)動因素。然而,基于物理分離和化學(xué)提取的傳統(tǒng)均一化土壤研究方法,無法深入對微環(huán)境中微生物和土壤界面動態(tài)相互作用過程進(jìn)行可控的、細(xì)致的觀察和研究,致使人們對生物地球化學(xué)元素循環(huán)(如有機(jī)碳循環(huán))的物理、化學(xué)和生物學(xué)耦合過程的認(rèn)識缺乏共識。如何以過程為導(dǎo)向探究生物地球化學(xué)界面的形成和功能是當(dāng)前土壤學(xué)科學(xué)研究中的一個重要挑戰(zhàn)。
該團(tuán)隊博士生黃習(xí)知與華中科技大學(xué)博士生李一偉合作,在研究員吳金水和教授劉筆鋒的共同指導(dǎo)下,對土壤微界面過程進(jìn)行探索:采用濕潤性圖案化微流控芯片技術(shù)構(gòu)建了800微米的親水微陣列,并將新鮮的土壤懸濁液涂抹到親水點陣中;待水分蒸發(fā)后,土壤自主形成結(jié)構(gòu)均一的土壤微顆粒點陣(SoilChip),隨后采用原始土壤提取的含可溶性土壤有機(jī)質(zhì)對其進(jìn)行培養(yǎng);通過21天的培養(yǎng)試驗比較性質(zhì)顯著差異的旱地黑土(Mollisol)和紅壤水稻田(Oxisol)的生物地球化學(xué)界面形成過程。掃描電鏡能譜結(jié)果顯示不同土壤微界面上的微生物群落結(jié)構(gòu)特征(個體形貌、大小和數(shù)量)有顯著的差異;同時,結(jié)合X-射線光電子能譜(XPS),定量了微界面上的主要元素(O, Si, Al, Fe, Ca, Mg, C, N)的動態(tài)過程,結(jié)果表明,不同土壤之間的元素之間動態(tài)差異巨大。基于微生物特征和元素動態(tài)特征的比較,對兩種土壤生物地球化學(xué)界面的形成過程進(jìn)行了初步的討論,發(fā)現(xiàn)水分含量、微生物參與的有機(jī)物轉(zhuǎn)化過程和礦物組成共同決定了土壤生物地球化學(xué)界面的特異性。
區(qū)別于傳統(tǒng)的基于提取的研究方法,該研究首次提出了一個可控、動態(tài)而直接的土壤微界面研究方法,同時也可以和豐富的表面表征技術(shù)相結(jié)合,為研究土壤微生態(tài)過程提供了重要的方法和模型。該研究近期以SoilChip-XPS integrated technique to study formation of soil biogeochemical interface為題,發(fā)表在Soil Biology and Biochemistry上。該研究得到了國家自然科學(xué)基金委、中科院戰(zhàn)略先導(dǎo)專項項目和中科院亞熱帶生態(tài)所青年創(chuàng)新團(tuán)隊等項目的資助。
論文鏈接:
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0038071717305035
(文章來源: 亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所 轉(zhuǎn)載僅供參考學(xué)習(xí)及傳遞有用信息,版權(quán)歸原作者所有,如侵犯權(quán)益,請聯(lián)系刪除)
標(biāo)簽:   濕潤性圖案化微流控芯片技術(shù)