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本项目系统研究了芦竹对土壤中As,Cd和Pb等重金属的适应机制以及对污染土壤的修复作用。在我国南方典型有色金属矿冶区野外调查结果表明,芦竹生态型分布广泛,逆境适应能力强;可以提高污染土壤中脲酶、脱氢酶和蔗糖酶活性,改善土壤微生物群落特征。 田间长期定位试验表明,单施有机肥或同时施用有机肥和粉煤灰,土壤中有效态As和Pb分别从8.45%和29.6%降低至2.19% 和13.5%,有效态Cd从25.3% 降低至6.49%。芦竹明显改良土壤中微生物脲酶,蔗糖酶和脱氢酶活性,活力分别达到了358 NH4-Nμg/g•d,777 glucose mg/g•d和178 TPF μg/g•d。As,Cd和Pb通过芦竹体内COO-,羰基以及Me2 -CH2-CH3等结合从地下部运移地上部。SOD是芦竹抗氧化作用的主要途径,过氧化物在谷胱甘肽循环中通过GSH氧化成GSSG得到还原。同时施用有机肥和粉煤灰,芦竹生物量,芦竹地下部As,Cd和Pb累积量增加;土壤中脱氢酶活性、微生物条带数和微生物多样性指数明显增加。 野外长期修复结果表明,污染土壤上芦竹中As,Cd和Pb主要累积在根系。根部Cd与Pb含量存在显著相关性(p<0.05)。根部重金属主要沉积在芦竹根表铁膜中。芦竹显著降低了土壤中酸提取态Cd对土壤微生物群落的影响。 盆栽试验结果表明,污染土壤上芦竹叶片中丙二醛含量明显降低,SOD酶活性降低而CAT酶活性增强。叶片中POD酶活性的降低有利于芦竹对重金属的富集,同时GSH与氧化基团结合生成GSSG,提高了芦竹的抗氧化作用。须根为芦竹地下部Cd主要的富集部位,也是芦竹阻隔Cd向芦竹体内运移的屏障。芦竹和其他修复植物组合修复增强了芦竹对污染土壤中重金属的耐受能力;土壤中蔗糖酶、酸性磷酸酶和总磷酸酶活性得到明显改善。修复植物组合提高了土壤中微生物数量和物种多样性,尤其是芦竹与桑树或构树间种修复下土壤中微生物数量明显高于芦竹单一修复。 上述结果表明,芦竹是一种理想的生态修复先锋植物,有机肥和粉煤灰等施用可提高芦竹的生态修复效率,可用来生态修复矿冶区重金属污染土壤。
有色金属矿冶区重金属污染土壤面广量大,开展重金属污染土壤生态修复是国家重金属污染综合防治的重大需求之一。本研究以砷镉铅污染土壤芦竹生态修复为对象,通过野外调查,研究我国南方有色金属矿冶区芦竹生态型的生理特性响应机制;通过温室盆栽试验,采用透析法提取根系有机酸分泌物,结合HPLC技术,探讨芦竹根系有机酸分泌物对根区重金属进入芦竹体内的截留/诱导机制;采用SEM/EDX、XRD和SR-EXAFS技术,研究芦竹根细胞壁、细胞膜、液泡膜等亚细胞组织结构、芦竹茎维管束内腔分泌物对根区重金属的响应特征,以及芦竹根中As、Cd、Pb化学形态及其区室化特征,揭示芦竹应答根区重金属的抗性机制;通过田间试验,采用PCR-DGGE技术研究根区土壤中微生物的群落结构与功能多样性,研究丛枝菌根真菌对芦竹修复体系生态稳定性的促进作用机制,为有色金属矿冶区重金属污染土壤生态修复提供科学理论依据。
一、土壤重金属危害1、影响植物根和叶的发育。2、破坏人体神经系统、免疫系统、骨骼系统等,如水俣病等。3、污染饮用水。二、土壤重金属污染特点1、重金属不能被微生物降解,是环境长期、潜在的污染物;2、因土...
当污染物的溶解性较低或者与土壤腐殖质和黏粒矿物结合较紧时,微生物难以发挥作用,污染物不能被微生物降解。这是微生物修身的缺点。
土壤微生物是土壤中的活性胶体,它们比表面大带电荷,代谢活动旺盛。受到重金属污染的土壤,往往富集多种耐重金属的真菌和细菌,微生物可通过多种作用方式影响土壤重金属的活性。受重金属污染的土壤中筛选到一株具有...
重金属污染土壤生态工程修复的试验研究
该文研究了细叶香薷(Moslem chinensis Maxim)和构树(Broussonetia papyrifera(Linn.)Vent.)对Cu、Zn污染土壤的修复及污染土壤对植物生理性状的影响。研究结果表明:随着盆栽土壤中重金属浓度的增高,植物体内吸收重金属的浓度相应增大。Cu在细叶香薷体内的含量是地上部<地下部,Zn含量却是地上部>地下部;重金属Cu、Zn在构树体内的浓度都是根部>叶部>茎部。细叶香薷的富集系数基本大于1,对Cu的最大富集系数是2.42;构树的富集系数都在0.5以下,但由于其地上部生物量很大,从土壤中移除的重金属量也很可观,而且构树能产生经济价值,建议把构树和细叶香薷组成一个立体的生态工程修复模式,既能修复污染土壤又能恢复污染地区的生态环境和土壤微生物环境,产生经济和环境效益。
污染土壤生态修复技术研究
在简要分析污染土壤生态修复的基本原理和基本原则的基础上,重点阐述了植物富集修复、螯合诱导修复以及植物-微生物联合修复三种技术,为污染土壤生态修复技术的现实应用提供理论基础。
绪论/ 1
一、研究背景与意义/ 1
二、研究思路/ 6
三、研究对象/ 8
第一章 适应性的理论与思想/ 13
一、适应性的阐释 / 14
1. 适应的基本释义/ 14
2. 达尔文进化论的“适者生存”/ 15
3. 斯图尔德的“文化适应”/ 16
4. 麦克哈格的“适应标准”/ 19
5. 中国传统哲学中的适应观/ 20
6. 人居环境科学中的适应性基础/ 23
7. 可持续发展观中的适应性要求/ 24
二、建筑的适应性/ 26
1. 基本含义/ 26
2. 集群性/ 27
3. 普遍性与相对性/ 27
4. 时态性与时段性/ 28
5. 互动性与共生性/ 29
6. 中性与多维性/ 30
7. 自组织性与可调控性/ 30
三、建筑适应性机制的基本要素/ 33
1. 建筑与自然环境/ 33
2. 建筑与社会文化环境/ 36
3. 建筑与经济技术环境/ 37
4. 自然选择与人工选择/ 39
第二章 湘西土家族地区的适应性背景/ 41
一、自然地理概况/ 41
1. 地理气候/ 41
2. 自然资源/ 44
二、土家族的基本情况/ 45
1. 土家族概况/ 45
2. 土家族族源/ 45
3. 土家族的形成时间/ 47
三、湘西土家族地区的历史沿革及研究阶段划分/ 48
1. 溪州之役以前——形成时期/ 48
2. 溪州之役至鸦片战争——成熟时期 / 51
3. 鸦片战争之后——变迁时期/ 53
第三章 湘西土家族村寨的适应性演变/ 55
一、形成时期/ 56
二、成熟时期/ 58
1. 村寨选点/ 58
2. 山环水绕:老司城/ 60
3. 山冈之巅:双凤/ 66
4. 枕山面水:劳庄/ 69
5. 两山之间:龙西湖/ 70
6. 太极之势:小干溪/ 72
7. 开门见山:那丘/ 73
8. 适应性特征/ 75
三、变迁时期/ 77
1. 形态异质/ 77
2. 交通升级/ 78
3. 结构离散/ 78
4. 规模矛盾/ 79
四、小结/ 79
第四章 湘西土家族民居与宗教建筑的适应性
演变/ 81
一、形成时期/ 82
1. 穴居/ 82
2. 巢居/ 83
3. 半地穴和早期地面建筑/ 84
4. 早期干栏建筑/ 86
5. 适应性特征/ 87
二、成熟时期/ 88
1. 从叉木架屋到木构瓦房/ 88
2. 传统民居的平面功能/ 89
3. 传统民居的结构形式/ 108
4. 传统民居的材料构造/ 108
5. 典型的宗教建筑/ 109
6. 适应性特征/ 110
三、变迁时期/ 111
1. 传统民居的变迁/ 111
2. 新民居的出现/ 122
3. 宗教建筑的极端异化/ 122
四、小结/ 123
第五章 适应性机制之自然环境的选择作用/ 125
一、形成时期:凸显制约/ 126
1. 聚落:选址的绝对依赖/ 126
2. 住所:基本需求的物化/ 127
二、成熟时期:均衡理应/ 128
1. 村寨之 “理”/ 128
2. 民居之 “应”/ 130
三、变迁时期:自主分化/ 132
1. 自然环境的生态异化/ 132
2. 村寨的自主生长/ 135
3. 民居的游离分化/ 136
四、小结/ 138
第六章 适应性机制之社会文化环境的选择
作用/ 139
一、形成时期:蒙昧野蛮/ 140
1. 朴素的氏族部落文化:原始的住居/ 140
2. 征战频繁,社会动荡:部落聚居的维持/ 142
二、成熟时期:有机凸显/ 143
1. 民族共同文化和心理的形成/ 143
2. 文化涵化/ 147
三、变迁时期:徘徊之间/ 153
1. 国家意识形态的建构/ 154
2. 民族主体意识的徘徊/ 162
四、小结/ 167
第七章 适应性机制之经济技术环境的
选择作用/ 169
一、形成时期:原始萌芽 / 170
1. 从渔猎采集到原始农耕:定居的可能/ 170
2. 从陶器烧制到铁器锻打:材料的换代/ 172
二、成熟时期:稳定发展/ 173
1. 封建地主经济的确立和发展/ 174
2. 先进技术的传播/ 177
三、变迁时期:复杂凸显/ 181
1. 经济体制的转型/ 181
2. 技术结构的杂糅/ 191
四、小结/ 199
第八章 结论/ 201
一、湘西土家族建筑适应性演变的特点/ 202
二、湘西土家族建筑演变的适应性机制/ 202
1. 共同进化与螺旋式演变/ 202
2. 选择限度与短板效应/ 205
3. 自然选择与人工选择/ 206
4. 建筑适应性机制的框架/ 207
三、结语/ 208
附录/ 211
参考文献/ 217
后记/ 2222100433B
植物协调应对逆境胁迫的防御反应和器官发育的环境塑造,是植物在长期的进化过程中适应多变环境的基本条件。因此,植物适应环境的分子机制是植物科学最重要的科学问题之一,也是作物分子设计的理论基础。但当前研究对逆境下植物调节生长发育与防御反应间动态平衡的分子机制的认识并不清晰。
近日,中国科学院植物研究所种康团队发现,水稻MADS-box转录因子家族OsMADS57协同其互作蛋白OsTB1,能够调控水稻的低温耐受性,具有平衡器官发生和防御反应的分子开关特性。研究发现,OsMADS57和OsTB1对低温防御反应的调控依赖于二者的共同靶基因OsWRKY94。常温下OsMADS57与OsTB1蛋白互作,抑制独脚金内酯受体基因D14的转录,促进水稻侧芽的分化及分蘖的形成;而在低温下,OsMADS57与OsTB1通过直接激活OsWRKY94的转录,启动防御反应。OsMADS57作为调控水稻侧芽发育和低温耐受性的分子开关,平衡水稻的生长发育和胁迫响应的分子调控网络,控制植物对低温环境的适应性。该研究有助于加深对植物如何调节生长发育以适应多变外界环境的认识,在水稻品种改良和分子设计育种方面具有重要理论意义。
相关研究成果发表在New Phytologist上,博士陈丽萍为论文第一作者,中科院院士种康为通讯作者。该研究得到了科技部、中科院战略性先导科技专项和中澳双边“CAS-CSIRO”项目的资助。
图1.OsMADS57调控水稻耐寒性。(a),正常及低温下野生型DJ及osmads57-1和osmads57-2功能获得型和功能缺失突变体表型;(b),野生型DJ及osmads57突变体中OsMADS57的表达水平;(c),低温处理后的存活率;(d),低温处理并恢复生长后侧芽的发育;(e),表面等离子共振检测正常及低温下OsTB1对OsMADS57结合OsWRKY94的影响;(f),表面等离子共振检测正常及低温下OsMADS57对OsWRKY94和D14的结合。
图2.OsMADS57作为分子开关调控防御与发育机制。常温下转录因子OsMADS57与OsTB1蛋白互作抑制独脚金内酯受体基因D14的转录,促进水稻侧芽的分化及分蘖的形成;在低温下,OsWRKY94被激活,增强水稻耐寒性。
来源:中国科学院植物研究所
6月8日,《科学》(Science)期刊发表了中国科学院科学家团队——生物物理研究所常文瑞/李梅研究组、章新政研究组的合作研究成果,题为Structure of the maize photosystem I supercomplex with light-harvesting complexes I and II。该项工作首次报道了玉米光系统I-捕光复合物I-捕光复合物II(PSI-LHCI-LHCII)超级复合物的高分辨率冷冻电镜结构,揭示了植物适应自然界多变光照条件,对两个光系统的捕光进行调节,从而平衡能量分配的分子基础。
光合作用为世界上几乎所有的生命体提供赖以生存的物质和能量,放氧光合作用还维持着地球的大气环境。放氧光合生物中的光系统I(PSI)和光系统II(PSII)吸收光能,共同完成光驱动的电子传递,其能量传递和转化效率高达90%以上。由于植物所处的自然环境是不断变化的,植物进化出非常精巧的调节机制,从而最大限度地优化光合作用效率并避免光损伤。对光合作用调节机制的研究不仅具有重要的理论意义,还有着广泛的应用价值,能够为农业上作物的增产抗逆等研究提供结构基础和思路。
状态转换是植物和绿藻中一种重要的光合作用调节机制,由于植物的PSI和PSII的捕光系统色素组成不同,导致对不同能量光的吸收能力不同,从而在自然环境下,受光照条件变化的影响,能量在两个光系统间的分配不均衡。状态转换是植物适应光环境变化、平衡激发能在两个光系统间分配的一种快速响应机制。这个过程是通过PSII上主要捕光天线LHCII的可逆磷酸化,并进而在PSII和PSI间迁移来实现的。当PSII被过度激发时,一部分LHCII会被磷酸化,从PSII上解离下来并结合到PSI上,形成PSI-LHCI-LHCII超级复合物。这部分LHCII作为PSI的外周天线,增加了传递到PSI 反应中心的能量,从而实现了激发能在PSII和PSI之间的平衡分配。解析高分辨率PSI-LHCI-LHCII复合体的结构能够从分子水平上揭示复合物中各个蛋白亚基的排列、PSI和LHCII的相互作用方式以及可能的能量传递途径,进而揭示植物状态转换的分子机理。
生物物理所的联合研究团队通过密切合作,协同攻关,以最高的效率取得了突破性进展,完成了PSI-LHCI-LHCII超级复合体3.3埃分辨率冷冻电镜结构解析。该复合体是一个约700kDa的膜蛋白-色素复合体,结构精确指认了其中的21个蛋白亚基,定位了202个叶绿素分子,47个类胡萝卜素分子以及众多的其它辅因子(如图)。该工作首次解析了LHCII的N末端磷酸化位点,揭示了LHCII和PSI的相互作用方式,构建了PSI中的全部亚基,包括以往PSI晶体结构中缺失的两个亚基PsaO和PsaN,并发现这两个亚基分别介导了LHCI和LHCII向PSI核心的能量传递。该复合体结构弥补了过去发表的PSI晶体结构中缺失的结构信息及潜在能量传递途径,并为深入研究植物状态转换的分子机理提供了重要基础。该项工作所提供的数据有望启发并促进人工光合作用体系的设计优化等应用研究。
生物物理所研究员李梅和章新政为论文的共同通讯作者,副研究员潘晓伟、马军和苏小东为该项工作的共同第一作者,中科院院士、生物物理所研究员常文瑞以及研究员柳振峰参与了该项研究工作,这也是该团队继过去两年在植物光系统II超级复合物结构研究工作(Nature 2016;Science 2017)发表之后的又一重要突破。该研究工作得到了科技部重点研发计划、中科院B类先导专项、中科院前沿科学重点研究项目、自然科学基金和国家“青年千人计划”的共同资助。数据收集和样品分析等工作得到了生物物理所“生物成像中心”、生物物理所蛋白质科学研究平台等有关工作人员的大力支持和帮助。
(来源:中国科学院)
动物世界
主演:李易峰 / 迈克尔·道格拉斯 / 周冬雨