水稻根表铁膜的微观结构表征及其固定铬的分子机制
项目介绍
AI项目解读
基本信息
- 批准号:U1632134
- 项目类别:联合基金项目
- 资助金额:46.0万
- 负责人:
- 依托单位:
- 学科分类:A3202.上海光源
- 结题年份:2019
- 批准年份:2016
- 项目状态:已结题
- 起止时间:2017-01-01 至2019-12-31
- 项目参与者:马世铭; Hu Yongfeng; Wang Jian; 吴翠霞; 张骞; 高雪; 张宏祥;
- 关键词:
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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- 发表时间:2017
- 期刊:应用力学学报
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- 作者:杨建军;郑健龙
- 通讯作者:郑健龙
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- DOI:--
- 发表时间:2013
- 期刊:Acta Physica Sinica
- 影响因子:1
- 作者:王明伟;何远航;杨建军;朱晓农
- 通讯作者:朱晓农
其他文献
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