溶解性有机质对超富集生态型拟南芥吸收、输送和贮存Pb、Zn、Cu的影响

Dissolved organic matter (DOM) in soil is one of the key factors influencing the heavy metal bio-availability. Given the complexity of DOM composition and structure, an agreed conclusion has not been reached for the role and mechanism of DOM in plants' absorption, transmission and storage processes of heavy metals. In this study, we selecte the hyper-accumulation ecotype Arabidopsis halleri as the research object for its good tolerability of heavy metals. Synchrotron radiation X-ray absorption near edge structure (XANES) and nuclear magnetic resonance etc. will be used for the analysis of mechanism of how absorption, transmission and storage of Pb, Zn and Cu, including the mechanism of root absorption of ionic state heavy metals, membrane transport and diffusion transport, and the analysis on bio-availability difference and competition relationship between DOM-heavy metal complex and other type of heavy metal complex in plant. Comprehension of these mechanisms would provide important technical and scientific basis for further study of DOM-heavy metal relationship in plant cells and subcells.

土壤中溶解性有机质是影响重金属生物可利用性的关键因素之一，但DOM组成和结构的复杂性使得目前对DOM影响植物吸收、输送和贮存重金属机理的认识还缺乏一致结论。本研究选择对重金属耐受性较好的超富集生态型拟南芥(Arabidopsis halleri)为研究对象，利用同步辐射X射线近边吸收光谱、核磁共振等分析技术，开展DOM对拟南芥吸收、输送和贮存重金属影响机理的研究。研究不同DOM极性、官能团特性对拟南芥根系吸收离子态Pb、Zn、Cu的影响，DOM-重金属络合物与其它重金属络合形态在拟南芥中的生物可利用性差异及配体竞争关系，达到揭示DOM在植物吸收、输送和贮存重金属过程中的机理和规律的目的，为进一步开展DOM与植物细胞、亚细胞中重金属的相关研究提供重要技术手段和科学依据。

本研究选择对重金属耐受性较好的拟南芥生态型为研究对象，利用同步辐射X射线近边吸收光谱、HPLC-ICP-MS、原位微区X射线荧光等分析技术，开展DOM对拟南芥吸收、输送和贮存重金属影响机理的研究，研究了不同DOM极性、官能团特性对拟南芥根系吸收离子态Pb、Zn、Cu的影响，探索了DOM-重金属络合物与其它重金属络合形态在拟南芥中的生物可利用性差异及配体竞争关系，以达到揭示DOM在植物吸收、输送和贮存重金属过程中的机理和规律的目的，为进一步开展DOM与植物细胞、亚细胞中重金属的相关研究提供重要技术手段和科学依据。通过实验室模拟研究，发现了DOM在原位微区水平上改变重金属进入植物种子和幼苗的分布特征，在不破坏植物的组织和结构的前提下，探测到了植物中的几种Pb结合形态——如，类小分子有机酸-Pb结合态，类胡敏酸-Pb结合态等，取得了创新性成果。Pb(Ac)2极大促进了植物对Pb的吸收，根毛区的相对浓度约为Pb(NO3)2组的2.5倍。开展DOM对植物吸收重金属的影响的机理研究是探索重金属在食物链中的传递方式、赋存形态、生态毒理及土壤的植物修复的重要前提，是深入研究生态环境中重金属的生物链传递、评估重金属生态风险的重要前提，为下一步开展外源、内源DOM在植物吸收重金属的中的作用奠定了基础。本项目的研究成果已发表英文SCI论文2篇，中文SCI论文2篇，国内核心期刊文章2篇，在项目的支持下，有2个硕士研究生完成了科研工作，本科生2人依托本项目完成毕业论文，项目的主要人员就本项目研究成果进行了多次国内外学术会议的报告和交流——参加了2014年在美国加州举办的Goldschmidt2014年学术报告会，并进行了2个大会展讲，同时参加了2015年8月于葡萄牙召开的国际光谱学大会（2人次），分别进行了植物种子中的Pb配位和形态分析的大会特邀报告及拟南芥中Pb的分布和形态及DOM对拟南芥中Pb配位的影响的分会场报告，同年9月，在第十一届全国X射线光谱学术报告会上进行了DOM对拟南芥中Pb配位作用的大会特邀报告等。在实践应用方面，本项目结合矿山采集的污染土壤进行了暴露和对比研究，对评价矿山Pb、Zn等重金属污染及修复提供了支撑。