植物硒生理及与重金属交互的研究进展

硒是一种重要的微量元素,在低浓度时对生物有益,但高浓度时呈现与重金属类似的毒性。植物作为人体硒摄入的主要来源,其硒代谢对于植物硒积累乃至人体硒营养水平十分重要。研究植物硒吸收、代谢和积累机理能指导富硒粮食的生产,是解决人体硒摄入不足/超量问题的有效途径。本文在阐述土壤硒含量、形态、生物有效性及分布的基础上,综述了植物对硒的吸收、代谢机理的研究进展,并讨论了农业生物强化以及遗传育种生物强化等两种硒生物强化的实践方法,以及利用硒生物强化缓解重金属毒性减少积累;最后,提出了植物硒代谢及硒生物强化研究的前沿问题,以期为改善人体硒营养水平提高人体健康状况提供理论和实践依据。     

环境与植物中硒形态研究进展

本文综述了近年来在环境及植物中的硒形态研究方面的进展。在土壤和水中各种不同形态硒的分布情况与ｐＨ值及其它特性之间的关系;植物中各种有机硒化合物的含量,可能的结构和硫素之间的关系,植物对硒的吸收转化过程等等     

环境与植物中硒形态研究进展

本文综述了近年来在环境及植物中的硒形态研究方面的进展。在土壤和水中各种不同形态硒的分布情况与pH值及其它特性之间的关系;植物中各种有机硒化合物的含量,可能的结构和硫素之间的关系,植物对硒的吸收转化过程等等。     

朱建明教授团队介绍

<正>本团队主要研究方向为硒的环境地球化学与同位素地球化学。自2001年以来,主持国家自然科学基金、国家973计划项目子课题、中科院重要方向项目、贵州省自然科学基金等硒相关课题近20项。有关硒学领域的重要研究成果包括:(1)在恩施富硒碳质岩中发现了多形态自然硒与系列硒矿物;(2)阐明了环境样品中硒的分布、结合态及形态特征,揭示了高硒表生环境     

中国典型高硒区硒的环境地球化学研究进展

硒是人体和动物必需的微量元素,但其营养性的阈值范围较窄,已引起了不同领域研究者的广泛关注。综述了近20年来我国典型高硒区——湖北恩施富硒岩石与土壤中硒的分布与形态、硒的赋存状态、硒的迁移转化规律、硒的生物可利用性与人体健康风险、微生物与硒相互作用等硒的环境地球化学过程与循环规律,以及硒的同位素地球化学等方面的重要研究进展,并对硒的环境地球化学未来的研究方向进行了展望。     

西藏土壤-植物-动物(人)系统中硒含量与大骨节病的关系

通过对西藏大骨节病区与非病区中土壤、粮食和儿童发样匹配采样以及对样品中硒含量的分析,探讨了硒元素在土壤-植物-动物生态系统中的含量特征及其与大骨节病分布流行的关系。结果表明,西藏地区整体处于低硒水平,所有病区样品的硒含量显著低于非病区（P<0.05）。土壤低硒是导致西藏大骨节病区粮食、人体硒水平偏低及病情流行的一个主要原因。改善土壤硒环境,提高土壤硒含量是西藏地区大骨节病防治的主要措施之一;补硒能够显著提高人体发硒水平,并有效控制大骨节病,但是需要长期坚持。     

微生物硒代谢机制研究进展

硒(Se)是人与动物生命必需的微量元素,在医学保健和工业制造方面有着广泛的应用。硒在环境中有四种价态,包括硒酸盐Se O42-(+6)、亚硒酸盐Se O32-(+4)、单质硒Se0(0)和硒化物Se2-(-2)。微生物在硒的形态转化中扮演了重要的角色,影响着环境中硒的生物地球化学循环。本文主要从自然界中硒的循环以及微生物与硒代谢机制两个方面阐述微生物对硒的生物地球化学循环的重要性。     

硒的生物地球化学研究团队介绍

<正>本课题组近10年来致力于土壤-植物体系中硒迁移转化及其生物有效性的研究。对陕西紫阳硒中毒区、青海平安富硒地区和泾惠灌区缺硒地区环境中硒及有效性进行了调研,系统研究了外源硒在土壤中环境过程及其影响硒有效性的因素;建立了形态和价态相结合的土壤硒测定方法,针对性地提出了评价硒有效性的指标,这些研究为硒有效性评价及缺硒地区硒的     

金针菇子实体富硒栽培特性及HPLC-ICP-MS法对硒的分布研究

以金针菇子实体为富硒载体,比较研究其富硒及生长特性,同时采用高灵敏度分离和超痕量元素分析技术（HPLC-ICP-MS）分离检测其含硒生物大分子化合物,确定其分子量及硒含量。结果表明：金针菇子实体对硒的富集能力与培养基中硒浓度有关。样品中的硒浓度与培养基中硒浓度呈正相关性,同一培养基子实体中硒的分布为：菌冠＞菌柄＞菌根;培养基中硒浓度小于30mg/kg时对金针菇的生长有促进作用,富硒系数在2.8－9.9之间;培养基中硒浓度在40－200mg/kg范围时,对金针菇的生长产生抑制作用;高于200mg/kg时,不适于富硒金针菇的培养。对富硒金针菇子实体以Tris-HCl浸提,采用体积排阻色谱法（SEC-HPLC）根据蛋白分子量标样检测浸提液中可溶性生物大分子化合物的分子量分布在25kDa以下;同时与电感耦合等离子体质谱联机（SEC-HPLC-ICP-MS）将不同分子量的含硒化合物中的硒进行高温电离检测各形态硒化合物中硒的含量在68.74－2,986.00μg/kg之间,占浸提液中硒含量的71.87%;其中硒蛋白含硒量占4.88%。因此,以金针菇为载体进行硒的生物有机化不仅成本低,含硒量高,而且硒的主要存在形态安全无毒、人体利用率高。     

硒对土壤中汞形态及其生物有效性的影响

利用连续浸提法研究了硒对稻田土壤中汞的形态分布及其生物有效性的影响。结果显示:加硒前后土壤中汞均以有机结合态、元素态和硫化物态为主,这三者占土壤总汞含量的90%以上,而生物有效态汞(包括模拟胃酸提取态和水溶态)仅占土壤总汞含量的0.27%。加硒对土壤中有机结合态和元素态汞的影响最为显著,随着硒添加浓度的增加,有机结合态汞的相对含量呈逐渐下降的趋势,而元素态汞相反,但土壤中其他形态的汞含量变化不显著。加硒可有效降低土壤中无机汞和甲基汞的生物有效性。结合土壤中汞形态及其生物有效性的变化可以推测:有机结合汞是维持土壤中生物有效态汞的重要补偿来源,当其转化成更为惰性的元素汞后,影响有机结合态汞与生物有效态汞之间的平衡,可能是导致土壤中汞生物有效性降低的主要因素。     

Impact of alternative electron acceptors on selenium(IV) reduction by Anaeromyxobacter dehalogenans

The capability of Anaeromyxobacter dehalogenans to reduce Se(IV) to Se(0) as a detoxification mechanism suggests a potential role of these ecologically important microorganisms in the biogeochemical cycling of selenium and the control of selenium contamination. However, the reduction of Se(IV) by the energetically versatile A. dehalogenans could be hindered by its ability to use alternative electron acceptors, particularly Fe(III) and humic substances which are ubiquitous in the environment. Indeed, the presence of Fe(III) partially inhibited Se(IV)-reducing activity. Nonetheless, reduction of both Se(IV) and Fe(III) proceeded simultaneously, a characteristic desirable for bioremediation efforts in many environments abundant with Fe(III). The enhancement of Se(IV) reduction by anthraquinone-2,6-disulfonate, a humic substance analog, is advantageous for microbial selenium biotransformation given the broad distribution of humic substances in natural environments, which could be exploited for the design of improved control strategies for selenium pollution.     

农田作物同化碳输入与周转的生物地球化学过程

作物同化碳在“大气-植物-土壤”系统中流通的生物地球化学过程,显著影响全球陆地生态系统碳循环过程。作物同化碳是土壤有机碳的重要来源,与根际环境及作物生长发育有密切联系,但由于其复杂性和多变性,作物生长期内同化碳在土壤中的分配、转化与稳定的机理尚不十分清楚。因此,综述了作物同化碳向土壤碳库输入及其对土壤有机碳库的贡献,在土壤碳库中的分配与转化特征,在土壤中流通的微生物机制以及同化碳在土壤-微生物系统分配、稳定的微观机制。探讨同化碳在地上部-根际-土壤系统中的分配及调节机制,土壤界面同化碳流动过程与土壤微生物多样性形成的关系;提出了在不同生态系统尺度上加强作物同化碳在土壤-作物系统中分配过程的定量研究对于明确陆地生态碳循环过程的重要意义;指出了研究作物同化碳向土壤碳库迁移、分配定量过程与机制的重要性,以及应用显微镜成像技术与同位素示踪技术相结合的纳米二次离子质谱技术、和微生物分子与群落生态相偶联的技术是未来研究作物同化碳生物地球化学特性的有效手段。     

Characterization of sediment bacteria involved in selenium reduction

Bacterial reduction of selenium (Se) oxyanions (Se[VI] and Se[IV]) to elemental Se (Se[0]) is one of the major biogeochemical processes removing Se from agricultural drainage water and depositing Se in the sediment. This study was conducted to characterize Se-reducing bacterial populations in Lost Hills evaporation pond sediment and to observe their response to Se(VI) and organic C amendments. Se(VI) was removed from the dissolved phase in the sediment slurries amended with organic C with a decrease in redox potential (Eh). Se(VI) concentrations decreased from 2137 to 79 microg L-1 after 9 days of incubation in a 5% soil slurry. Upon our screening process, 9 Se(VI)- and 14 Se(IV)-reducing bacteria were isolated from sediment slurries and identified by amplification and sequencing of 16S rDNA. Bacillus strains appeared to be dominant in the bacterial assemblages active in Se(VI) and Se(IV) reduction in the sediment. Halomonas pacifica and Staphylococcus warneri were also identified as Se(IV)-reducers. Indigenous bacteria have a significant role in the biogeochemical cycling of Se and may be stimulated by addition of a suitable organic source for Se reduction. The bacterial strains isolated from salt-affected and Se-contaminated Lost Hills evaporation pond sediment may have potential application in removing Se from high salt drainage water.     

Plant selenium hyperaccumulation- Ecological effects and potential implications for selenium cycling and community structure

Background

Selenium (Se) hyperaccumulation occurs in ~50 plant taxa native to seleniferous soils in Western USA. Hyperaccumulator tissue Se levels, 1000–15,000?mg/kg dry weight, are typically 100 times higher than surrounding vegetation. Relative to other species, hyperaccumulators also transform Se more into organic forms.

稻田硒循环转化与水稻硒营养研究进展

稻田土壤氧化还原电位的交替变化和土壤组分的特殊性决定了硒在稻田环境中的循环转化机制明显有别于旱地土壤,并且影响到土壤硒的有效性及水稻对硒的吸收与积累.深入研究稻田土壤硒的循环转化及水稻硒营养吸收对实现土壤无机硒向有机硒的转化具有重要意义.本文对稻田土壤硒的循环机制及形态转化、水稻体内硒的代谢机制及吸收积累特性进行综述,分析硒在土壤 水稻系统中转化及向水稻体内迁移的研究现状与发展趋势,为土壤硒有效性研究及培育富硒营养稻米提供参考.     

Plant availability of soil selenate additions and selenium distribution within wheat and ryegrass

Selenate fertilization is an effective way to secure selenium (Se) nutrition in Se-poor areas but the cycling of the added selenate in the soil-plant system requires further clarification. We examined the Se uptake efficiency of wheat and ryegrass and Se distribution within these plants in two pot experiments. The behaviour of added selenate in a sand soil under wheat was monitored by sequential extractions during a ten-week growing period. In addition, the relationship between Se uptake of ryegrass and the salt extractable and ligand exchangeable Se in a sand and silty clay soil were studied. The added selenate remained mainly salt soluble in the soil throughout the monitoring. Se uptake by wheat comprised 12% of the soluble Se pool in soil and extended over the whole period of growth. In wheat, over 50% of Se accumulated in grains. The Se uptake of ryegrass comprised, on average, 40% of the soil salt soluble Se. In ryegrass, over 80% of the Se accumulated in roots. The distribution pattern of Se in plants can clearly have a major influence on both the Se cycle in soil and the nutritional efficiency of Se fertilization. The simple salt extraction showed fertilization-induced changes in the soluble soil Se pool, whereas the ligand exchangeable Se fraction reflected the difference in the nonlabile Se status between the two soils.     

生物质炭对土壤氮素循环的影响及其机理研究进展

生物质炭因其特殊的理化性质,具有改良土壤、持留养分、提高肥力及增加土壤碳库贮量的作用,成为土壤生态系统生物地球化学循环和农业固碳减排领域的研究热点.作为一种人为输入的新材料,生物质炭将直接或间接地参与土壤氮素物质的周转,进而对土壤生态系统功能产生深远的影响.本文综述了生物质炭输入对土壤生态系统氮素循环的影响研究,重点概述了生物质炭对土壤氮素物质吸附作用以及硝化作用、反硝化作用和固氮作用等生物化学过程的影响,并对其潜在的机理进行了分析.在此基础上,对今后生物质炭与土壤氮素循环的相互作用进行了展望.     

植物硒吸收转化机制及生理作用研究进展

硒是大多微生物、动物及人类的必要微量元素,但其在植物生长发育中的生理作用至今存在争议.较低浓度硒具有促进植物生长、提高植物耐受能力的功能,而大部分植物在高浓度下表现出中毒现象.随着人类对摄入硒及环境硒污染问题的认识加深,作物硒生物强化与硒污染植物修复问题引起重视,推动了对硒在植物中的吸收积累及代谢调控的研究.近年来对植物硒吸收及转化的研究表明,不同硒水平下植物对硒吸收积累及生理响应存在差异,土壤环境因素对植物硒吸收及转化具有重要影响,对高聚硒植物硒代谢研究逐渐揭示出硒在植物体内的转化过程和调控机理等.本文总结了目前硒生物强化与植物修复方面的研究进展,对环境中硒分布特点、植物硒吸收及其影响因素、植物体内硒转化及其过程调控关键酶,以及硒在植物中的生理作用等进行了综述,并对植物硒生理及分子机制未来研究方向进行展望.     

互花米草入侵对滨海湿地生态系统的影响研究进展

滨海湿地受海、陆生态系统的交互影响,是典型的生态脆弱带和敏感区。互花米草是全球海岸带最为成功的外来入侵物种,对滨海湿地生态系统已经产生了重要的影响。本文对已有相关研究进行了系统梳理,揭示了互花米草入侵对滨海湿地生态系统生物地球化学循环(碳循环、氮循环、磷循环及土壤重金属迁移)和入侵地生物群落(微生物、植物和动物)的影响。并在此基础上对今后研究的重点提出了展望: 加强互花米草入侵对滨海湿地生态系统健康影响机制研究;重点关注全球变化背景下互花米草群落与湿地环境互馈耦合;开展长时序定位监测,厘清滨海湿地生态系统对互米草不同入侵阶段的响应差异,以期对互花米草的生态利用和治理提供指导。     

溶磷微生物在土壤磷循环中的作用研究进展

磷是生物分子中的重要元素,是陆地生态系统初级生产的主要限制因子之一。全球粮食需求的增加和现代农业对磷肥的消耗导致集约农田中磷的过量输入,进而引起土壤磷流失的增加和地表水的持续富营养化。溶磷微生物(phosphate solubilizing microorganisms, PSMs)被认为是可以提高农业生产力的生态友好型肥料,在改善土壤肥力方面有重要意义。全面和深入理解PSMs功能及其在磷的土壤生物化学转化过程中的作用,对提高土壤磷有效性有至关重要的作用。本文系统综述了PSMs的种类和分布多样性,主要参与微生物磷循环的功能基因,以及PSMs如何参与土壤磷循环和这些过程背后的反应机制,以便更好地认识PSMs能力及其在土壤磷循环中的作用,以便于在未来的应用中发挥更大的潜力。