水生植物铁皇冠对镉超富集和高耐受的调控机制研究项目摘要

以本研究组发现的新型镉超富集水生植物（铁皇冠）为研究对象，利用非损伤微测技术（NMT）、HPLC-MS、ICP-MS、uXRF和EXASF、以及第二代高通量测序、定量PCR、双向SDS-PAGE电泳和蛋白印迹分析等技术手段，确定参与铁皇冠对镉吸收与迁移以及对镉耐受与解毒的运载（结合）蛋白、功能基因和转录因子，分析镉在铁皇冠组织与亚细胞中的分布与形态变化及其与细胞内外环境因子的相互作用规律，探讨铁皇冠镉吸收过程中，细胞内离子组成、初生和次生代谢产物、非酶抗氧化物质、抗氧化酶、以及氧自由基转化产物的动态变化特征，从分子、细胞和生理生化水平阐明铁皇冠对镉超富集和高耐受的调控机制。其成果对于认识水生蕨类植物超富集和高耐受重金属的分子、细胞和生理生化机制具有重要意义；同时，可为开发镉污染水体与湿地的植物修复技术提供重要理论依据。

针对目前重金属污染土壤氮循环受阻、植物提取修复效率低下、修复时限较长的问题，基于施加氮肥会促进植物生长、提高植物对重金属积累的理论基础，本项目拟研究蚯蚓对重金属污染土壤氮素供给的影响及其微生物学机制，并探讨蚯蚓在与植物联合修复重金属污染土壤中的潜力。首先，通过微宇宙镉污染模拟实验，研究不同梯度镉短期污染条件下蚯蚓对土壤氮循环重要过程——硝化过程的影响及其微生物学机制；然后，利用稳定同位素探针技术(DNA-SIP)联合高通量Illumina测序技术对重金属污染土壤接种蚯蚓前后的氨氧化微生物进行原位鉴定，进一步探讨蚯蚓在硝化微生物抵抗重金属短期胁迫中的作用及机理；最后，通过盆栽实验探讨蚯蚓联合龙葵修复镉污染土壤的效果。本研究将为解决重金属污染土壤氮循环功能退化及其植物修复过程中氮素供给问题提供坚实的理论依据。

植物提取因投入成本低、能将重金属从土壤移除等优势被认为是土壤重金属污染修复技术中最具发展前景的修复方式之一。然而该技术由于超富集植物生长缓慢、生物量小、修复效率低等问题在实际应用中受到限制。针对这个问题，本项目从土壤生态系统工程师-蚯蚓入手，研究了蚯蚓对重金属Cd污染土壤中重要氮循环过程-硝化过程的影响。项目主要基于两个培养实验、一个盆栽实验探讨了蚯蚓对不同Cd污染土壤中硝化过程的影响规律及其微生物学机理，并利用稳定同位素探针技术（DNA-SIP）原位鉴定了重金属污染土壤中接种蚯蚓前后的自养型氨氧化微生物。本项目主要研究结果如下：在Cd污染和对照土壤中，蚯蚓均能提高酸性土壤的pH，而降低中性土壤的pH，减缓培养过程中水溶性有机碳的消耗，提高土壤可溶性氮含量；接种蚯蚓后，酸性壤土和中性砂质黏壤土中铵态氮含量均显著升高，酸性壤土中硝态氮含量无显著变化，而中性砂质黏壤土中硝态氮大量积累；尽管蚯蚓对酸性壤土净硝化过程无显著影响，但提高了土壤的潜在硝化潜势，即蚯蚓能够促进Cd污染土壤的硝化过程；尽管酸性土壤中氨氧化古菌（AOA）丰度比氨氧化细菌（AOB）更高，但蚯蚓主要通过影响AOB恢复或刺激土壤氮循环功能，相关分析结果表明蚯蚓可能主要是通过提高土壤pH、铵态氮含量和AOB的丰度影响酸性土壤的硝化过程；定量PCR结果显示蚯蚓提高了Cd污染中性土壤的AOB丰度，但降低了AOA的丰度，即蚯蚓同样是通过影响AOB调控中性土壤的氮素循环；DNA-SIP实验结果进一步确证了蚯蚓通过提高中性土壤AOB而非AOA的丰度促进土壤的硝化过程；DNA-SIP联合高通量测序的结果表明，蚯蚓主要通过刺激Nitrospira和Nitrosospira两种硝化微生物恢复Cd污染土壤的硝化过程。本项目结果能够为蚯蚓在重金属污染土壤的微生物-动物-植物联合生物修复技术中的应用提供重要的理论依据和数据支撑。

《钛铁矿富集》，本书是《钛系列丛书》中的一本。主要介绍钛铁矿富集制取富钛料的生产工艺，并详细介绍了钛渣和人造金红石的生产技术。同时也介绍了高钛型高炉渣的富集工艺和应用。2100433B