水稻根表铁膜的微观结构表征及其固定铬的分子机制

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项目摘要

Iron (Fe) plaque on rice root, as an important sorbent for the sequestration of heavy metals (HMs), is a critical and natural barrier to control HM transfer from soil to rice through root absorption. Chromium (Cr) is one of the major contaminant in agricultural lands and currently exceeds the soil quality standards in China. Elucidating molecular structure of Fe plaque on rice root and its impact on Cr sequestration is of great significance to manipulate the properties of Fe plaque and its binding capacity to Cr, and to guarantee the safe use of contaminated paddy soils for rice production as well as the high quality of rice products. Synchrotron-based techniques could characterize the molecular structure of Fe plaque and its associated Cr, which provides a good platform to reveal the impact of Fe plaque on Cr sequestration. In this project, multiple synchrotron-based soft and hard X-ray spectroscopic techniques (XANES/EXAFS/XRF/STXM) will be applied and focus on Cr contaminant associated with Fe plaques which forms on the different region of rice root, during various growth stages of rice or under different sulfur nutrition conditions. We will characterize the distribution and molecular structure of Fe plaques on the different regions of rice roots at the micro spatial scale, and understand the transformation mechanisms on the molecular structure of Fe plaque and its associated Cr during different growth stages of rice, and elucidate the impact of sulfur nutrition on the composition and structure of Fe plaque and its impact on Cr sequestration. This project should provide theoretical bases for guaranteeing the safe use of contaminated paddy soils for rice production as well as the high quality of rice products.
水稻根表铁膜是重金属的重要固定载体,是控制土壤重金属经根系向水稻体内迁移的重要天然屏障;重金属铬是当前我国农田土壤的主要超标污染物。阐明水稻根表铁膜微观结构及其固定铬的分子机制是调控根表铁膜性质并提升其固铬能力,保障铬污染农田安全利用以及稻米品质的关键。同步辐技术可在分子水平上表征根表铁膜的微观结构和铬的分子形态,是从本质上揭示根表铁膜固定铬的分子机制的强力手段。本项目主要利用多种同步辐软硬X射线射光谱技术(XANES/EXAFS/XRF/STXM),以铬为目标污染物,针对水稻不同根系部位、生育期和硫营养状况下形成的根表铁膜,表征铁膜在不同根区表面的微域分布和微观结构及其结合态铬的分子形态,弄清不同生育期铁膜的微观结构变化及其结合态铬的形态转化机制,阐明不同硫营养状况对铁膜的组成和结构变化及其固铬作用的影响机制,最终为保障铬污染水稻土的安全利用和农产品安全提供前瞻性理论依据。

结项摘要

农田土壤重金属污染是中国目前面临的重大环境问题,其中铬(Cr)是我国八种主要重金属超标元素之一。水稻是我国最重要的粮食作物,因此,有效控制重金属在土壤-水稻系统中的迁移对于重金属超标农田的安全利用和防止食物链污染具有重要意义。水稻根表铁膜是重金属的重要固定载体,是控制土壤重金属经根系向水稻体内迁移的重要天然屏障;阐明水稻根表铁膜微观结构及其固定铬的分子机制是调控根表铁膜性质并提升其固铬能力,保障铬污染农田安全利用以及稻米品质的关键。本项目通过室内模拟实验与同步辐射技术相结合,首先从分子水平上揭示了不同水稻根系部位的铁膜分布特征、铁膜中Cr含量差异、典型元素Fe/Cr分布及其Cr的分子形态,发现水稻根系成熟区铁膜较根尖部位富集,根系成熟区Fe/Cr相关性高于根尖部位,有力证实了水稻根系成熟区铁膜是Cr的重要结合载体和含量库;阐明了硫素添加下,两种水稻品种根表铁膜含量及其对Cr(III)和Cr(VI)的固定存在差异,硫素处理显著促进了水稻根表铁膜生成,并提升了水稻根表铁膜中还原态硫含量,进而很可能是驱动铁膜固定Cr的主控因子;最后,阐明了高、低硫处理下,水稻不同生育期对根表铁膜含量及固Cr能力与硫素添加量的交互作用关系,发现高硫处理下水稻在成熟后期根表铁膜中铁、硫含量和固Cr量均显著高于水稻成熟早期,而对于低硫处理,水稻在成熟后期根表铁膜中铁、硫含量和固Cr量与水稻成熟早期比则无显著变化。上述研究结果为有效调控超标稻田铬的生物有效性,保障铬污染水稻土的安全利用和稻米品质提供前瞻性理论依据。

项目成果

期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Radiation chemistry of molecular compounds and polymers by soft X-ray spectroscopy and microscopy
通过软 X 射线光谱和显微镜研究分子化合物和聚合物的辐射化学
  • DOI:
    10.1139/cjc-2017-0140
  • 发表时间:
    2017-05
  • 期刊:
    Canadian Journal of Chemistry
  • 影响因子:
    1.1
  • 作者:
    Yang Jianjun;Wang Jian
  • 通讯作者:
    Wang Jian
Molecular Mechanisms of Chromium(III) Immobilization by Organo-Ferrihydrite Co-precipitates: The Significant Roles of Ferrihydrite and Carboxyl
有机水铁矿共沉淀物固定铬(III)的分子机制:水铁矿和羧基的重要作用。
  • DOI:
    10.1021/acs.est.9b06510
  • 发表时间:
    2020-04-21
  • 期刊:
    ENVIRONMENTAL SCIENCE & TECHNOLOGY
  • 影响因子:
    11.4
  • 作者:
    Yang, Jianjun;Xia, Xing;Hu, Yongfeng
  • 通讯作者:
    Hu, Yongfeng
STXM-NEXAFS研究铁(Ⅲ)离子诱发柠檬酸在高岭石表面的固定机制
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    化学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘瑾;杨建军;曾希柏;Wang Jian;Donald Sparks
  • 通讯作者:
    Donald Sparks
Submicron Distribution and Association of Copper and Organic Carbon in A Contaminated Soil Using Scanning Transmission X-ray Microspectroscopy
使用扫描透射 X 射线显微光谱法研究受污染土壤中铜和有机碳的亚微米分布和结合
  • DOI:
    10.1017/s1431927618014782
  • 发表时间:
    2018-08
  • 期刊:
    Microscopy and Microanalysis
  • 影响因子:
    2.8
  • 作者:
    Jianjun Yang;Jian Wang
  • 通讯作者:
    Jian Wang
Do sulfur addition and rhizoplane iron plaque affect chromium uptake by rice (Oryza sativa L.) seedlings in solution culture?
添加硫和根面铁斑是否会影响溶液培养中水稻 (Oryza sativa L.) 幼苗对铬的吸收?
  • DOI:
    10.1016/j.jhazmat.2019.121803
  • 发表时间:
    2019-11
  • 期刊:
    Journal of Hazardous Materials
  • 影响因子:
    13.6
  • 作者:
    Peiman Z;i;Yang Jianjun;Xia Xing;Yu Tian;Qian Li;Katarzyna Możdżeń;Beata Barabasz-Krasny;Wang Yaosheng
  • 通讯作者:
    Wang Yaosheng

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其他文献

基于腹壁缺损分型的腹壁恶性肿瘤切除术后巨大腹壁缺损的一期修复重建
  • DOI:
    10.3760/cma.j.issn.1007-631x.2016.09.011
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    中华普通外科杂志
  • 影响因子:
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  • 作者:
    杨建军;宋致成;王惠春;周致圆;火海钟;龚鼎铨;顾岩
  • 通讯作者:
    顾岩
内镜组织结构分离技术在巨大腹壁切口疝治疗中应用价值
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    中国实用外科杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    顾岩;杨建军;宋志成
  • 通讯作者:
    宋志成
超支化聚氨酯_聚丙烯酸酯乳液的制备与阻尼性能的研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    功能材料
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杨建军
  • 通讯作者:
    杨建军
枸杞蛋白酶解液对自发性高血压大鼠的降血压机制研究
  • DOI:
    10.13386/j.issn1002-0306.2019.10.051
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    食品工业科技
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陶瑶;张亚辉;陶秀娟;赵俊香;吴琼;范彦娜;高清菡;杨建军
  • 通讯作者:
    杨建军
曲面综合高减比准双曲面齿轮加工参数计算与接触仿真
  • DOI:
    10.3901/jme.2022.13.282
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    机械工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李聚波;王永强;魏冰阳;杨建军
  • 通讯作者:
    杨建军

其他文献

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杨建军的其他基金

有机钙基矿物复合体微观结构表征及其固定/释放重金属的分子机制
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    55 万元
  • 项目类别:
    面上项目
有机钙基矿物复合体微观结构表征及其固定/释放重金属的分子机制
  • 批准号:
    42277024
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    55.00 万元
  • 项目类别:
    面上项目
有机铁氧化物共沉淀体微观结构表征及其固定/释放重金属的分子机制
  • 批准号:
    41877033
  • 批准年份:
    2018
  • 资助金额:
    62.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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相似海外基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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