水生植物鐵皇冠對(duì)鎘超富集和高耐受的調(diào)控機(jī)制研究科研成果

以本研究組發(fā)現(xiàn)的新型鎘超富集水生植物（鐵皇冠）為研究對(duì)象，利用非損傷微測(cè)技術(shù)（NMT）、HPLC-MS、ICP-MS、uXRF和EXASF、以及第二代高通量測(cè)序、定量PCR、雙向SDS-PAGE電泳和蛋白印跡分析等技術(shù)手段，確定參與鐵皇冠對(duì)鎘吸收與遷移以及對(duì)鎘耐受與解毒的運(yùn)載（結(jié)合）蛋白、功能基因和轉(zhuǎn)錄因子，分析鎘在鐵皇冠組織與亞細(xì)胞中的分布與形態(tài)變化及其與細(xì)胞內(nèi)外環(huán)境因子的相互作用規(guī)律，探討鐵皇冠鎘吸收過(guò)程中，細(xì)胞內(nèi)離子組成、初生和次生代謝產(chǎn)物、非酶抗氧化物質(zhì)、抗氧化酶、以及氧自由基轉(zhuǎn)化產(chǎn)物的動(dòng)態(tài)變化特征，從分子、細(xì)胞和生理生化水平闡明鐵皇冠對(duì)鎘超富集和高耐受的調(diào)控機(jī)制。其成果對(duì)于認(rèn)識(shí)水生蕨類(lèi)植物超富集和高耐受重金屬的分子、細(xì)胞和生理生化機(jī)制具有重要意義；同時(shí)，可為開(kāi)發(fā)鎘污染水體與濕地的植物修復(fù)技術(shù)提供重要理論依據(jù)。

針對(duì)目前重金屬污染土壤氮循環(huán)受阻、植物提取修復(fù)效率低下、修復(fù)時(shí)限較長(zhǎng)的問(wèn)題，基于施加氮肥會(huì)促進(jìn)植物生長(zhǎng)、提高植物對(duì)重金屬積累的理論基礎(chǔ)，本項(xiàng)目擬研究蚯蚓對(duì)重金屬污染土壤氮素供給的影響及其微生物學(xué)機(jī)制，并探討蚯蚓在與植物聯(lián)合修復(fù)重金屬污染土壤中的潛力。首先，通過(guò)微宇宙鎘污染模擬實(shí)驗(yàn)，研究不同梯度鎘短期污染條件下蚯蚓對(duì)土壤氮循環(huán)重要過(guò)程——硝化過(guò)程的影響及其微生物學(xué)機(jī)制；然后，利用穩(wěn)定同位素探針技術(shù)(DNA-SIP)聯(lián)合高通量Illumina測(cè)序技術(shù)對(duì)重金屬污染土壤接種蚯蚓前后的氨氧化微生物進(jìn)行原位鑒定，進(jìn)一步探討蚯蚓在硝化微生物抵抗重金屬短期脅迫中的作用及機(jī)理；最后，通過(guò)盆栽實(shí)驗(yàn)探討蚯蚓聯(lián)合龍葵修復(fù)鎘污染土壤的效果。本研究將為解決重金屬污染土壤氮循環(huán)功能退化及其植物修復(fù)過(guò)程中氮素供給問(wèn)題提供堅(jiān)實(shí)的理論依據(jù)。

植物提取因投入成本低、能將重金屬?gòu)耐寥酪瞥葍?yōu)勢(shì)被認(rèn)為是土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)中最具發(fā)展前景的修復(fù)方式之一。然而該技術(shù)由于超富集植物生長(zhǎng)緩慢、生物量小、修復(fù)效率低等問(wèn)題在實(shí)際應(yīng)用中受到限制。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，本項(xiàng)目從土壤生態(tài)系統(tǒng)工程師-蚯蚓入手，研究了蚯蚓對(duì)重金屬Cd污染土壤中重要氮循環(huán)過(guò)程-硝化過(guò)程的影響。項(xiàng)目主要基于兩個(gè)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)、一個(gè)盆栽實(shí)驗(yàn)探討了蚯蚓對(duì)不同Cd污染土壤中硝化過(guò)程的影響規(guī)律及其微生物學(xué)機(jī)理，并利用穩(wěn)定同位素探針技術(shù)（DNA-SIP）原位鑒定了重金屬污染土壤中接種蚯蚓前后的自養(yǎng)型氨氧化微生物。本項(xiàng)目主要研究結(jié)果如下：在Cd污染和對(duì)照土壤中，蚯蚓均能提高酸性土壤的pH，而降低中性土壤的pH，減緩培養(yǎng)過(guò)程中水溶性有機(jī)碳的消耗，提高土壤可溶性氮含量；接種蚯蚓后，酸性壤土和中性砂質(zhì)黏壤土中銨態(tài)氮含量均顯著升高，酸性壤土中硝態(tài)氮含量無(wú)顯著變化，而中性砂質(zhì)黏壤土中硝態(tài)氮大量積累；盡管蚯蚓對(duì)酸性壤土凈硝化過(guò)程無(wú)顯著影響，但提高了土壤的潛在硝化潛勢(shì)，即蚯蚓能夠促進(jìn)Cd污染土壤的硝化過(guò)程；盡管酸性土壤中氨氧化古菌（AOA）豐度比氨氧化細(xì)菌（AOB）更高，但蚯蚓主要通過(guò)影響AOB恢復(fù)或刺激土壤氮循環(huán)功能，相關(guān)分析結(jié)果表明蚯蚓可能主要是通過(guò)提高土壤pH、銨態(tài)氮含量和AOB的豐度影響酸性土壤的硝化過(guò)程；定量PCR結(jié)果顯示蚯蚓提高了Cd污染中性土壤的AOB豐度，但降低了AOA的豐度，即蚯蚓同樣是通過(guò)影響AOB調(diào)控中性土壤的氮素循環(huán)；DNA-SIP實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步確證了蚯蚓通過(guò)提高中性土壤AOB而非AOA的豐度促進(jìn)土壤的硝化過(guò)程；DNA-SIP聯(lián)合高通量測(cè)序的結(jié)果表明，蚯蚓主要通過(guò)刺激Nitrospira和Nitrosospira兩種硝化微生物恢復(fù)Cd污染土壤的硝化過(guò)程。本項(xiàng)目結(jié)果能夠?yàn)轵球驹谥亟饘傥廴就寥赖奈⑸?動(dòng)物-植物聯(lián)合生物修復(fù)技術(shù)中的應(yīng)用提供重要的理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐。

《鈦鐵礦富集》，本書(shū)是《鈦系列叢書(shū)》中的一本。主要介紹鈦鐵礦富集制取富鈦料的生產(chǎn)工藝，并詳細(xì)介紹了鈦渣和人造金紅石的生產(chǎn)技術(shù)。同時(shí)也介紹了高鈦型高爐渣的富集工藝和應(yīng)用。2100433B