基于^(31)P核磁共振探究退化高寒湿地土壤磷素演变特征及影响因素

探明高寒湿地不同退化程度土壤磷素组成特征及其形态演变的驱动机制对于湿地生态恢复过程中养分和碳汇的科学管理具有重要意义。以若尔盖自然保护区内相对原生沼泽(RPM)、轻度退化沼泽(LDM)、中度退化沼泽(MDM)、重度退化沼泽(HDM)为对象,采用液相31P核磁共振波谱技术、分段式结构方程模型研究了高寒湿地退化过程中土壤磷素演变特征及主要影响因素。结果表明,高寒湿地退化导致植物群落组成由湿生向中生演替,土壤有机质与氮含量降低。正磷酸盐和磷酸单酯含量随湿地退化呈先增加后降低的趋势,其中正磷酸盐在HDM中相较于RPM降低46.45%,磷酸单酯在LDM、MDM和HDM中相较于RPM分别增加27.02%、54.96%和41.74%;焦磷酸盐和磷酸二酯含量随湿地退化逐渐降低。分段式结构方程模型的拟合结果显示,植被生物量、土壤养分和微生物活性是影响湿地土壤磷素演变的主要因素,其中微生物活性是正磷酸盐、焦磷酸盐和磷酸二酯的正向影响因子,是磷酸单酯的负向影响因子,植物生物量是正磷酸盐和磷酸二酯的正向影响因子,土壤养分虽对各形态磷没有直接影响,但可通过调控微生物活性间接影响焦磷酸盐和磷酸二酯含量。综上所述,湿地退化通过改变植物群落组成、降低土壤养分含量和微生物活性,促进了土壤磷酸二酯分解;重度退化湿地土壤磷有效性因磷酸单酯矿化能力减弱、正磷酸盐含量降低而减小。

原位磷酰化衍生-核磁共振法鉴定非磷化学毒剂前体

~1H谱鉴定复杂基质中禁止化学武器公约附表2的非磷化学毒剂前体化合物存在困难,一种替代方法是采用2-氯-4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二噁磷杂戊环(CTMP)为衍生试剂,在核磁管中原位衍生含羟基的前体化合物并进行磷31-核磁共振谱测定。采用频哪醇及3个同分异构体氨基醇类化合物;2-(N,N-二丙氨基)乙醇、2-(N-异丙基-N-丙基氨基)乙醇和2-(N-正丁基-N-乙基氨基)乙醇,考察了方法的专一性、稳定性、灵敏度和选择性。结果表明,本方法的衍生反应产物单一,稳定性好,能清楚分辨同分异构体的氨基醇。本方法成功应用于禁止化学武器公约组织(OPCW)指定核查实验室第32次官方水平考试,实现了有机液样品中3个氨基醇同分异构体混合物(原始浓度10μg/mL)的检测及鉴定。

肿瘤坏死因子α和γ-干扰素对白血病细胞作用的^(31)PNMR分析

用31P核磁共振观察了肿瘤坏死因子α(TNF_α))和γ_干扰素(IFN_γ)联合对人淋巴瘤白血病细胞系Molt_4作用后含磷化合物的变化;Molt_4细胞系的 31P谱主要由三磷酸腺苷(ATP)、无机磷(Pi)、磷酸单酯等的共振峰组成 ;31P谱显示γ_干扰素、肿瘤坏死因子α及γ_干扰素和肿瘤坏死因子α联合对Molt_4细胞作用后 ,三磷酸腺苷的 β位磷的共振峰与无机磷的峰高比值 (hATP/hPi)不同程度地降低 ;同时根据Pi

大鼠热缺血肝脏加氧低温灌流^(31)磷-核磁共振频谱与病理的对比研究

目的 观察承受不同程度热缺血的离体大鼠肝脏三磷酸腺苷 (ATP)的再生能力及相应的病理变化 ,从代谢和形态结构两个方面判断其活力。方法 SD大鼠 18只 ,按热缺血时间随机等分成 3组 :A组 ,0min ;B组 ,30min ;C组 ,6 0min。测定加氧低温灌流的离体肝脏31磷 核磁共振频谱 ,同时观察灌流前后肝组织病理变化。结果 灌流 30min时 ,A、B、C 3组大鼠肝脏ATP/亚甲基二磷酸(MDP)平均值为 0 .42 3、0 .387、0 .138(C组有 3例测不到ATP峰值 ) ,A、B两组差异无显著性 (P >0 .0 5 ) ;C组与A、B两组比较差异有非常显著性 (P <0 .0 1)。病理改变 :A组肝细胞轻度浊肿 ;B组还有散在肝细胞空泡变 ;C组 ,特别是测不到ATP的 3例肝脏有大片肝细胞空泡变。肝窦内皮细胞A、B两组存在轻度水肿 ,C组肿胀加重。结论 测定加氧低温灌流离体大鼠肝脏能量代谢能有效鉴别其活力。

一种高效有机结合态磷肥的多谱学分子形态表征

当前,磷肥不合理施用引发的资源危机和环境问题日益凸显,创制新型磷肥、提高磷肥利用率是保障农业生产、环境安全及可持续发展的关键。鉴于有机结合态磷肥不易被土壤组分固定,在土壤中移动性强,作物有效性高,研发新型有机结合态磷肥有望从根本上突破并解决无机磷肥利用率低的问题。新近,新型有机结合态磷肥的研发方兴未艾,而有机结合态磷肥的赋存形态及其高效机理尚不清楚。基于多种有机结合态磷肥研制及肥效方面的研究成果,选取价格低廉、肥效稳定的淀粉基磷肥,采用液相磷-31核磁共振(P-NMR)技术、同步辐射X射线吸收近边结构谱(XANES)技术在分子层面上对其磷形态进行表征。将供试淀粉基磷肥酶解制成α-极限淀粉糊精,溶解于45%的二甲亚砜,通过液相P-NMR分析发现该磷肥中总磷含量约为5 218mg·kg^(-1),与灼烧-比色法测得的结果一致;其中磷主要以有机形态赋存,正磷酸单酯占总磷比例达75.8%。正磷酸二酯含量为17.3%,而无机磷仅占总磷含量的6.9%。另外,通过指纹图谱比对,供试样品磷的K-边XANES谱与植酸磷的谱图极为相似。以上研究结果表明该淀粉基磷肥中磷以正磷酸单酯为主,为深入揭示有机结合态磷肥的高效机制提供了重要依据。

近三十年农田土壤磷分子形态的研究进展

农田土壤磷的赋存形态决定迁移、转化及归趋过程,单单通过全磷或有效磷含量并不能全面、准确、长效地评估土壤磷的养分供应能力和生态环境风险,探索可持续的农田磷素管理措施迫切需要能够科学表征、准确认识土壤磷形态。随着分析测试技术发展,农田土壤磷形态领域经历了以传统连续提取法为主的分级组分研究,到目前基于先进光谱技术的分子形态研究的发展历程。液相磷-31核磁共振技术(P-NMR)、基于同步辐射的X射线吸收近边结构谱技术(P-XANES)是当今土壤磷分子形态表征的主流技术,分别促进土壤多种有机磷和无机磷(铁磷/钙磷/铝磷)分子形态的有效识别。借助Histcite软件进行引文网络分析,梳理了近三十年(1990—2019年)土壤磷分子形态研究发展历程中具有重大借鉴意义的关键性成果,基于此综述了该领域的发展脉络,归纳发现农田土壤磷分子形态研究最初主要借助P-NMR技术侧重有机磷分子形态表征,而后过渡至与同步辐射XANES以及X射线微探针技术相结合,实现了土壤磷分子形态的全面认识。最后,对多谱学技术联用推动土壤磷分子形态研究的发展趋势进行了展望。

典型作物残茬磷分子形态表征

作物残茬还田对农业绿色发展和地力提升意义重大。我国作物残茬产量大,种类多,研究典型作物残茬中磷的赋存形态是预测其还田后作物有效性的前提。目前,液相磷-31核磁共振(;P-NMR)是可在分子水平上表征磷素形态的主流分析技术。而利用该技术表征作物残茬磷素形态的已有研究有限,且主要采用不同磷化合物的化学位移进行图谱解析。由于某些有机磷的峰位置相邻,其化学位移受样品pH等化学条件影响较大,导致单纯依靠文献报道进行图谱解析存在较大不确定性,并且识别出的有机磷种类偏少。该研究进行加标实验,选取典型作物残茬(玉米、小麦、水稻、大豆、花生、棉花),利用液相;P-NMR技术表征了不同部位(茎叶、谷壳和种子)磷的分子形态及其含量。研究发现,所有供试作物残茬中总磷含量均为种子>谷壳>茎叶。NaOH-EDTA前处理对供试作物残茬总磷有较高的提取率(73%~139%),平均105%。根据加标试验的^(31)P-NMR图谱,供试样品中检测出的无机磷形态包括正磷酸盐、焦磷酸盐、三聚磷酸盐,有机磷包括植酸、α/β-甘油磷酸盐、单核苷酸,首次在作物残茬的正磷酸二酯组分中检测到脱氧核糖核酸;供试茎叶和谷壳中磷均以正磷酸盐为主,大约占NaOH-EDTA可提取磷的49.3%~71.6%,种子以植酸为主,占比达48.5%~82.9%;将正磷酸单酯和正磷酸二酯含量针对正磷酸二酯的降解产物进行矫正,发现作物茎叶中正磷酸二酯(17.1%~33.5%)高于正磷酸单酯(9%~13.5%),谷壳中正磷酸单酯和正磷酸二酯的百分含量分别为8.8%~23.2%及8.8%~24.6%,种子中则以正磷酸单酯为主(57.6%~82.9%)。研究结果表明,供试作物残茬尤其茎叶秸秆还田后可能释放正磷酸盐和正磷酸二酯,作为有效磷源供给后茬作物吸收。该研究为作物残茬还田及农田磷肥管理提供重要科学依据。

不同pH条件下典型有机磷核磁图谱差异性解析

液相磷-31核磁共振波谱技术(^(31)P NMR)是当前国内外土壤有机磷(P_(o))分子形态表征的主流分析技术,其主要利用乙二胺四乙酸-NaOH溶液提取,然后在高pH值(pH=13)条件下采集谱图。然而,高pH值条件下P_(o)可能水解,同时鉴于实际土壤pH值通常在6~8范围内,因此有必要探究pH值对P_(o)核磁谱图的影响。对D-葡萄糖-6-磷酸(D-G-6-P)、5′-单磷酸腺苷(5′AMP)和磷酸二氢钠(NaH_(2)PO_(4))标准品进行研究,溶解于一系列pH梯度的溶液中进行^(31)P NMR测试和谱图解析。结果发现:pH变化显著影响供试化合物的核磁谱图,不同pH值显著改变D-G-6-P吸收峰的形状和位置;但主要影响5′AMP和NaH_(2)PO_(4)吸收峰的位置。D-G-6-P已被证明以α-和β-两种形态存在于溶液中。且在碱性条件下发生异构化或分解两种反应。部分磷酸葡萄糖异构化的产物是甘露糖磷酸和果糖磷酸,而在高pH值时超过50%的D-G-6-P分解,且主要以二羟基丙酮磷酸酯赋存;5′AMP在溶液中存在3种构象,因此主要存在一个三重峰,高pH环境下出现次生峰,可能是水解产生正磷酸盐的结果;而NaH_(2)PO_(4)受溶液pH影响,导致质子化程度不同,进而吸收峰位置改变。综上,常规高pH溶剂会改变某些P_(o)分子结构,所得的核磁谱图并非原样。研究结果对于深入理解基于核磁的Po形态表征及开发实际土壤pH范围的核磁分析方法提供了参考依据。