基施螯合铁对水稻根部铁镉吸收和阻隔策略研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    41807136
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    23.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    D0701.环境土壤学
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Iron (Fe) deficiency and cadmium (Cd) pollution are two important research areas in the fields of plant nutrition and phytoremediation, and interestingly Cd uptake in rice (Oryza sativa L.) is documented to be mediated by Fe transport system in the root. Our recent works have showed that soil application of Fe chelates could facilitate Fe uptake but inhibit Cd bioaccumulation by rice plants as well. However, the uptake mechanisms by rice plants in the presence of Fe chelates remain speculative. The proposed project would investigate the Fe/Cd uptake processes after the basal application of three model Fe chelates (i.e., EDDHAFe(III), EDTANaFe(III) and EDTANa2Fe(II)): 1) predict the changes in bioavailability of Fe and Cd in rice rhizosphere by a combination of laboratory measurements (i.e., ion exchange technique, membrane dialysis, and soil solution extraction) and geochemical modelling (i.e., PHREEQC and Geochem-EZ); 2) analyze adsorption, uptake and distribution of Fe and Cd in root micro-zone plaque, apoplast and symplast by chemical separation, SEM-EDS, Non-invasive Micro-test Technology (NMT) and absorption kinetic methods; and 3) explore Fe and Cd speciation in root xylem and the underlying molecular mechanisms by the techniques of HPLC-MS and QRT-PCR. The project would improve our understandings of the beneficial effects of Fe chelates on Fe biofortification and mitigation of Cd accumulation by rice plants, which might pave a path for the future application of Fe chelates into widely Cd contaminated paddy soils in China.
铁缺乏和镉污染是目前植物营养和植物修复研究领域的两大问题。镉会借助根部铁转运系统进入水稻。我们的前期研究表明基施螯合铁对土壤和稻米有明显的补铁阻镉效果,然而基施螯合铁对水稻根际铁镉生物有效性及其吸收转运策略尚不清楚。因此,本申请拟以EDDHAFe(III)、EDTANaFe(III)和EDTANa2Fe(II)等3种螯合铁为材料,1)采用离子交换树脂、膜透析和土壤溶液抽提的实验分析方法,结合地球化学模型计算结果,评估螯合铁在水稻根际铁镉元素的生物有效性;2)利用化学分离、电镜、非损伤微测技术及吸收动力学等方法,阐明不同螯合铁对根部吸收铁镉策略的差异;3)通过HPLC-MS和QRT-PCR技术,探索螯合铁对根基木质部转运铁镉形态分子调控机制。本项目将深入研究螯合铁对水稻根部铁镉的吸收和阻隔策略,丰富和完善稻田补铁阻镉理论体系,为螯合铁在我国镉污染稻田土壤的应用提供理论依据。

结项摘要

铁缺乏和镉污染是目前植物营养和植物修复研究领域的两大问题。镉会借助根部铁转运系统进入水稻。我们的前期研究表明基施螯合铁对土壤和稻米有明显的补铁阻镉效果,然而基施螯合铁对水稻根际铁镉生物有效性及其吸收转运策略尚不清楚。本项目以EDDHAFe(III)、EDTANaFe(III)、EDTANa2Fe(II)和柠檬酸铁等螯合铁为研究材料,通过室内水培盆栽实验方法,系统研究基施螯合铁对铁镉从水稻根际营养液-根表铁膜-根部微区组织-根基木质部汁液的选择性吸收转运机制。通过地球化学模型计算结果,评估螯合铁在水稻根际铁镉元素的生物有效性;通过化学分离、非损伤微测技术等方法,阐明不同螯合铁对根部微区吸收铁镉策略的差异;通过QRT-PCR技术,探索螯合铁对根基木质部转运铁镉形态分子调控机制。主要结论如下:(1)营养液中铁、镉和螯合配体的赋存形态与比例主要受螯合常数影响,螯合配体与金属的螯合常数越大,形成的金属螯合物比例越高,解离难度越大,被水稻直接吸收利用的可能性越小。(2)与缺铁处理相比,正常供铁和过量供铁可有效提高水稻根表泌氧速率和铁膜含量,降低水稻根系微区镉离子吸收速率或提高镉离子外排速率。(3)添加铁肥不仅可以有效提高水稻根部和地上部组织铁含量,降低水稻根部和地上部组织镉含量,还可以有效促进木质部对铁的转运,抑制木质部对镉的转运。添加人工螯合铁时,缺铁状态可以促进根部相关铁、镉转运基因(OsHMA2、OsHMA3、OsYSL15、OsNRAMP5和OsIRT2)表达,而丰铁会抑制相关转运基因表达。综上,施加铁肥可有效提高水稻植株铁含量,降低水稻植株镉含量,对水稻有富铁阻镉作用,铁肥可调控水稻对镉的吸收和转运过程。本项目系统研究了螯合铁对水稻根部铁镉的吸收和阻隔策略,丰富和完善稻田补铁阻镉理论体系,为螯合铁在我国镉污染稻田土壤的应用提供理论依据。

项目成果

期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(2)
间作对伴矿景天与油菜修复镉污染土壤的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    桂林理工大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    游少鸿;徐瑜;赵阳;杨佳节;刘杰;赵婕;陈喆
  • 通讯作者:
    陈喆
天然有机酸强化伴矿景天提取镉潜力与机制
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    农业环境科学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李茂林;陈喆;周红燕;吴佳玲;李侃麒;游少鸿
  • 通讯作者:
    游少鸿
施硫肥对伴矿景天修复镉污染土壤的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    农业环境科学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    吴佳玲;陈喆;游少鸿;李茂林;周红燕;李侃麒;黄晓曼
  • 通讯作者:
    黄晓曼
间套轮作超积累植物技术模式修复Cd污染土壤的研究进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    农业环境科学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杨佳节;游少鸿;吴佳玲;徐瑜;刘杰;陈喆
  • 通讯作者:
    陈喆
不同水稻品种对镉砷积累和节点转运差异
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    桂林理工大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    朱文杰;刘杰;李茂林;张冰;周红燕;杨佳节;陈喆
  • 通讯作者:
    陈喆

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其他文献

壳聚糖/乳酸链球菌素复合抗菌膜的制备及其性能研究
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  • 作者:
    胡瀚文;余雪健;李旭;陈喆;贾雪岩;唐雪;徐钢春;陆乃彦
  • 通讯作者:
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基于增广SVM的结构动力学模型修正方法研究
  • DOI:
    10.13465/j.cnki.jvs.2017.15.029
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    2017
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  • 通讯作者:
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超音速喷气噪声中的模式切换和非线性效应
  • DOI:
    10.1063/1.5010829
  • 发表时间:
    2018-01
  • 期刊:
    AIP Advances
  • 影响因子:
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  • 作者:
    陈喆;吴九汇
  • 通讯作者:
    吴九汇
大样品中子活化分析的理论依据和误差修正
  • DOI:
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
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    --
  • 作者:
    张海青;孙洪超;聂鹏;陈喆;秦亚丽;倪邦发;田伟之;王平生;黄东辉;张贵英;刘存兄;肖才锦
  • 通讯作者:
    肖才锦
A pre-distortion based design method for digital audio graphic equalizer
一种基于预失真的数字音频图形均衡器设计方法
  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
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其他文献

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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

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          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]
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          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
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