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摘要
砷超富集植物蜈蚣草具有超强的砷吸收和富集能力,生物量大,被认为是修复砷污染土壤的理想植物材料。基于砷超富集植物蜈蚣草的植物修复技术已经推广应用到了我国20多个污染区的土壤修复实践中。目前所报道的所有蜈蚣草均具有砷超富集能力,并且该特性能够得到稳定遗传。蜈蚣草是如何通过仅仅几十个微米的孢子将这种砷超富集能力传递给下一代?与其他微区分析手段相比,基于同步辐射X射线的荧光光谱和吸收光谱分析灵敏度高、操作简便,近年来被广泛应用到超富集植物的研究中,它也使得研究几十个微米的孢子中砷及其他元素的分布成为可能。为了揭示砷超富集植物蜈蚣草孢子的化学元素组成,该研究采用同步辐射X射线荧光探针分析技术首次揭示了蜈蚣草的生殖细胞——孢子中砷、铜、锌等微量元素的浓度分布,以及钾、钙等大量元素的浓度分布;并将砷的分布趋势与大量营养元素钾、钙、铁、硫,以及微量元素铜、锌的分布趋势进行对比。蜈蚣草的微区元素分布研究表明,孢子囊中砷和钙、砷和硫的分布特征具有相似性,砷和硫、钙更有可能同时聚集在孢子中。这表明,在孢子产生和萌发过程中,砷、硫和钙可能发挥着重要作用。为了揭示变价元素砷在孢子中的存在形式,采用同步辐射X射线吸收光谱首次揭示了蜈蚣草孢子中砷的微区形态,结果表明,蜈蚣草孢子中砷的存在形态与羽叶一致,以低价态的AsⅢ为主。AsⅢ是活性和毒性都相对较强的一种砷存在形式。这表明蜈蚣草孢子对于高毒性高活性的三价砷具有较强耐性。通过采用高分辨率低检测限的X射线荧光探针和X射线吸收光谱技术,揭示砷超富集植物蜈蚣草孢子中砷的分布和存在形式,研究结果为了解蜈蚣草砷富集能力的遗传特性提供基础信息。
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