多通道等温微量热仪在土壤微生物代谢热中的应用

土壤微生物是土壤生态系统的核心组成部分，其代谢过程直接参与土壤有机质分解、养分循环及污染物降解等关键过程。葡萄糖作为土壤中广泛存在的易降解碳源，其浓度变化会显著影响微生物的生长繁殖速率、代谢途径及能量转化效率，进而改变土壤生态系统功能。

微生物代谢过程中伴随的热量的变化，代谢热的强度与动态变化可直观反映微生物的代谢活性与群落功能状态。传统评估土壤微生物活性的方法（如呼吸速率测定、酶活性检测等）存在操作复杂、耗时较长、无法实时捕捉代谢动态过程等局限，且难以在统一条件下实现多浓度梯度样品的平行对比。

多通道等温微量热仪凭借高灵敏度、精准恒温以及高通量的核心优势，可实时、同步记录不同葡萄糖浓度下土壤微生物的完整热流曲线，通过量化分析代谢热峰值、累计放热量等关键参数，揭示底物浓度与微生物代谢活性的关联规律。

图1 中科热仪MIC-90型多通道等温微量热仪

中科热仪的MIC-90型多通道等温微量热仪使用基于帕尔贴的高灵敏度热流传感器，通过Seebeck效应能够精准将通道内的热效应转换为热流信号输出，同时通过实时参比差示的方式能够有效地降低环境因素造成的热流基线扰动。

仪器的核心优势：

• 空气循环浴精确控温，基线快速稳定；

• 帕尔贴量热传感器，提供很高灵敏度；

• 可选3通道或8通道两种量热模块，并可以由用户在这两种模块间进行切换；

• 样品池容积25/100mL，可选材质有玻璃、金属或其他聚合物；

• 可以进行原位混合以研究外加剂等影响因素；

• 混合池配有电控自动搅拌装置，转速可调；

• 可以定制各种形态、材质的样品池，以满足不同压力、原位混合类型的应用。

1.实验条件

测试仪器：中科热仪MIC-90型多通道等温微量热仪

实验样品：土壤样品、去离子水、葡萄糖

实验温度：25℃

2.实验结果

图2 土壤样品代谢热流-时间曲线

本次实验通过MIC-90多通道等温微量热仪连续监测，得到不同底物浓度下的土壤微生物代谢热流曲线，如图2所示，对应的数据见下表。不添加葡萄糖的空白土壤热流曲线平缓，无明显峰值，表明自然土壤中原有易降解碳源匮乏，微生物代谢活性较低。

表1土壤样品代谢热流数据

添加葡萄糖的实验组均呈现出双峰结构，第一个峰的出现为消耗外加葡萄糖所产生的代谢热，且代谢热响应与葡萄糖浓度呈正相关。当外加营养物质消耗完后，微生物会继续再利用土壤本身所含营养物质。根据营养物质种类和质量的不同，分解代谢产生的热流曲线的形状可能就会起伏不定。同时，出现第二个峰的原因可能是在代谢后期瓶内氧气消耗殆尽，进入无氧状态，厌氧菌开始进行发酵代谢；或是在代谢衰亡期时，瓶内葡萄糖已经耗净，生长的微生物利用死亡的微生物作为能量源^[1]。