摘要：

活性氧(ROS)在水生環境的生物地球化學中起著至關重要的作用，但其在沉水植物生物膜中的發生和積累卻鮮有報道。本文研究了大型植物葉片生物膜演代過程中生物膜微環境的光暗循環波動和代表性ROS (O₂^•?)的時間變化，并對生物膜中的光化學過程進行了量化。研究結果表明，O₂^•?的持續產出量在32.49±0.56 μmol/kg ~ 72.56±0.92 μmol/kg之間呈現出明顯的節律性波動，并與溶解氧、氧化還原電位和pH同時波動，這都是由生物膜的好氧-缺氧交替條件驅動的。在整個生物膜演替過程中，O₂^•?和ROS的強度先升高后降低。不同水體生物膜中O₂^•?濃度的變化順序為鄉村河水>景觀湖水>養殖池塘湖水，其中葉片光合作用和微生物群落發揮了關鍵作用。放線菌門(Actinobacteria)、變形菌門(Proteobacteria)和擬桿菌門(Bacteroidetes)對ROS的貢獻顯著，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。這些發現將有助于管理部門制定相關水生環境生態恢復策略。

本圖揭示了生物膜中ROS的產生以及葉片微邊界層環境因子(DO、Eh和pH)在三個光-暗循環中的變化，(a) 超氧自由基(O₂^•?)；(b) 溶解氧(DO)；(c) 氧化還原電位(Eh)；(d) pH。O₂的產生表現出明顯的光-暗循環波動，其中，光照9 h后達到峰值72.56 ±0.92 umol/kg FW，黑暗12 h后下降至32.49 ± 0.56 mol/kg FW。與O₂的振蕩類似，葉片生物膜微環境也存在明顯的周期性波動。從黑暗到明亮的條件下，DO從80增加到250 pmol/L，而Eh從大約160增加到350 mV。值得注意的是，O₂^•?生成速緩慢下降后迅速下降，這與DO和Eh從光照到黑暗的快速下降不同。pH值在8.3 ~ 9.5范圍內波動，光照后呈下降趨勢，天黑后呈上升趨勢。

引用：