陈正
土壤微界面研究技术的沿革
2025-10-20 14:22
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2002年,我第一次在实验中用到Rhizon Sampler,它可以方便快捷地从土壤抽取孔隙水,感觉好神奇。当时这还得从荷兰进口,一根要一百多块钱。虽然比荷兰的光刻机要便宜太多,但总是舍不得用,每次用完还要想着能不能洗洗再用。那是也想着能不能仿制一个,然而并没有仿制成功。

2011年,去了英国兰卡斯特大学访问,学习张昊老师的DGT技术,第一次系统接触了土壤微界面的研究方法。2016年,召锋成了我们组的第一个博士生,一起尝试着开发自己的土壤微界面技术。我们的兴趣点在于土壤微界面上砷氧化还原的动态变化,这个不管用DGT,还是Rhizon Sampler都做不了。经过一番折腾,我们终于做出来了第一代的孔隙水界面采样器,文章发在EST。图片如果对这个故事有兴趣,可以参见我们2020的一个小总结。2020年终总结-记一个小创新的历程我们也成功的把这个装置用在了砷形态的分析上,当时的结果也投在了EST上,评审人的意见不错,但是建议我们补充微生物的数据,那个时候我们还没有能力做界面上的微生物过程,然后召锋也临近毕业了,只好转投了Chemosphere。图片召锋还和我们的工业设计系合作,把土水界面的装置进一步改良,用在了根际界面上,文章发在了Plant Soil.图片对了,利用做界面孔隙水采样器积累的经验,我们顺便把Rhizon Sampler也做了出来。当初觉得巧夺天工的东西,现在三分钟三块钱就能搞定了。感兴趣的可以看下面的视频。三分钟学会做土壤溶液采样器这是上海大学陈学萍老师的学生最近根据这个视频手搓的Rhizon Sampler,还原度非常高了。图片后来在一次会议上,遇到张淑珍老师,她给我们的建议是做土壤微界面,一定要把微生物给加进来,这和EST上评审专家的意见不谋而合。我也是一直对此心心念,可惜自己的微生物背景太弱。2020年,玉佳从生态中心毕业,加入了我们组,她正好是微生物背景。玉佳尝试了很久,终于搞定了土壤的快速分层切片技术。她也有一个教学视频,可以看这里:如何鲜样直切2mm分层?玉佳用这个技术做了一下土水界面的分层,结果既出于意料,又是在意料之中,界面非常丰富的微生物活动是意料之中,而这个微生物的热点区域是如此之窄又是出乎意料的。这个工作发在了2022年的ISME Communications上。图片玉佳硕士时是做氮的,氮的氧化还原转化过程非常复杂,相关的功能基因非常多。玉佳觉得界面上的氮转化很有意思,于是自己把这一套方法都开发了出来,从此我们微界面上的功能基因分析和RNA提取技术也建立起来了。玉佳也如愿以偿地在ISMEJ上发表了这个工作。图片2020年,张厦也从美国特拉华大学回来,加入了我们组。他更加擅长土壤化学,在他手上,我们的界面孔隙水采样器最终定型了。我们为此拍了个视频,投在了JoVE上,希望能让更多的人参与了土壤界面研究中来。图片张厦利用这个采样器,把元素氧化还原形态分析的能力发挥得淋漓尽致。在召锋的阴离子元素形态分析的基础上,他也搞定了阳离子元素-比如铁,铜,铊等的形态分析,发在了Chemosphere上。图片另外,我们的本科生郭俣昂,把界面采样器拓展了不饱和土壤的孔隙水采样中,文章发在了2024年的SEH上。图片至此,四个学生的连续接力,八篇文章的步步推进,土壤微界面技术的开发基本形成体系,技术开发可以告一段落,未来的技术应用还需努力。欢迎对这些技术有兴趣的联系我们,很乐意和诸位同行分享。

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