Microscale Spatiotemporal Variation and Generation Mechanisms of Reactive Oxygen Species in the Rhizosphere of Ryegrass: Coupled Biotic–Abiotic Processes

非生物成分 根际 生物地球化学循环 土壤水分 生态学 活性氧 环境化学 植物 化学 生物 细菌 遗传学 生物化学
作者
Jinbo Liu,Kecheng Zhu,Chi Zhang,Xuechen Zhang,Na Chen,Hanzhong Jia
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:56 (22): 16483-16493 被引量:50
标识
DOI:10.1021/acs.est.2c06167
摘要

Reactive oxygen species (ROS) play key roles in soil biogeochemical processes, yet the occurrence and accumulation of ROS in the rhizosphere are poorly documented. Herein, we first developed a ROS-trapping membrane to in situ determine ROS in the ryegrass rhizosphere and then quantified the temporal and spatial variations of representative ROS (i.e., O2•─, H2O2, and •OH). Fluorescence imaging clearly visualized the production of ROS in the rhizosphere. Both O2•─ and H2O2 content increased first and then declined throughout the life cycle of ryegrass, while •OH concentration decreased continuously. Spatially, ROS contents remained at a relatively high level at 0-5 mm and then descended with increasing distance. The concentrations of ROS in different soils followed the order of black soil > latosol soil > yellow-brown soil > tier soil ∼ red soil. Analysis of soil properties suggested that both biotic factors (microbial community) and abiotic factors (Fe(II) and water-soluble phenols) played critical roles in ROS production. The combined processes, including Fe(II) and water-soluble phenol-mediated electron transfer, microbial community-driven extracellular O2•─ release, and Fe(II)/Fe(III) cycling, may be responsible for ROS production. These findings provide insights into ROS-associated rhizosphere effects and inspiration for the phytoremediation of pollutants and element cycling.
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