《根際微界面砷磷生物化學轉化的分子機理與生物有效性》是依託南京大學，由馬奇英擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：根際微界面砷磷生物化學轉化的分子機理與生物有效性
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：馬奇英
- 依託單位：南京大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
砷和磷的環境污染問題日益突出，引起廣泛關注。了解砷磷在土壤-植物-微生物微界面的生化轉化過程對減少環境危害提高食品安全有重要意義。本項目以耐砷植物蜈蚣草、砷敏感植物劍葉鳳尾蕨、常見植物西紅柿為研究對象，用先進分析技術（DGT、HPLC-ICPMS和XAS）為手段測定土壤植物中砷磷形態，以現代生化技術（NMR、SDS-PAGE、PCR、16rRNA）為依據分析分泌物及分離鑑定耐砷菌、植酸酶、還原酶，研究在不同程度砷脅迫下，根系分泌物和根際微生物控制砷磷生化轉化的分子機理及對有效性的影響。目的在於1）了解根系分泌物（如植酸和草酸）在活化土壤礦質態砷磷的作用及機制；2）闡明根系分泌物植酸酶礦化土壤有機磷（如植酸）的分子機理；3）明確根際細菌對土壤低效態無機磷和有機磷（如磷礦粉和植酸）的活化能力及過程；4）探明根際細菌還原能力對土壤砷形態和有效性的影響，為砷磷的環境污染修復提供理論依據和技術支持。
結題摘要
砷是一種有毒的化學元素，而其同族元素磷則是一種重要的營養元素。了解砷磷在土壤-植物-微生物微界面的生物轉化過程對減少環境危害提高食品安全有重要意義。本項目以砷超富集植物蜈蚣草和井欄邊草、砷非超積累植物銀脈鳳尾蕨和非蕨類植物番茄為植物模型研究根系分泌物影響含砷礦物的形態特徵及化學行為。套用現代化學與分子生物學手段（同步輻射技術、LC-MS-MS、HPLC-ICP-MS、HPLC、GFAAS、液相-電噴霧四級桿飛行時間質譜等）探討砷污染脅迫時植物根系分泌物對根際土壤礦物中砷磷的活化、賦存形態、空間分布和植物吸收的影響機制。此外，還通過砷老化土壤的盆栽實驗和經典微生物學方法研究不同類型土壤及外加磷礦石時蜈蚣草根際微生物的群落變化及功能基因對環境因子的回響機制，並研究了蜈蚣草根際及不同組織中微生物多樣性及對砷轉化的影響。研究表明，植酸和草酸是蕨類植物主要的根系有機酸，且蕨類植物根系分泌植酸受砷誘導。植酸溶礦能力較強，蜈蚣草根系分泌物可有效溶解磷灰石、FeAsO4等難溶礦物，促進營養元素的獲取、吸收和利用。此外，我們的研究還表明，在高砷脅迫下，與普通植物類似，蜈蚣草也會通過高效的AsIII外排協助砷解毒，而蜈蚣草的根際菌則可能在AsIII氧化方面發揮作用。本研究闡述了蜈蚣草活化根際難溶態礦物，活化Fe、P的方式和相關分子生物學機理，有助於尋求手段提高Fe、P、As的植物吸收，為砷污染土壤的植物修復提供依據，以期提高As污染土壤的植物修復效率。此外，本研究還闡釋了磷礦石添加對農田土壤砷行為的影響，可為蜈蚣草在場地修復中的套用提供參考。最後，本研究發現蜈蚣草根際氧化菌豐度遠遠高於還原菌，明確了這些微生物對蜈蚣草外排的AsIII的氧化作用，同時推測蜈蚣草內生菌可能對蜈蚣草砷還原有促進作用。以上結論不僅彌補了以往對蜈蚣草根際砷轉化只植物砷解毒認識的不足，還明確了微生物在協助蜈蚣草富集砷過程中發揮的重要作用，可為後續砷污染土壤的植物-微生物聯合修復提供參考。
