腐植酸负载纳米零价铁对镉污染农田水稻籽粒代谢的影响

为探究腐植酸负载纳米零价铁(nZVI@HA)对镉(Cd)污染修复过程中水稻籽粒营养物质合成过程的影响,本研究采用吸附络合-液相还原法制备了一种nZVI@HA材料,同时开展水稻盆栽实验,利用电感耦合等离子体质谱及超高效液相色谱质谱技术,比较研究了nZVI@HA、纳米零价铁(nZVI)、腐植酸(HA)及nZVI与HA联合处理对Cd污染修复过程中水稻产量、籽粒中Cd含量及籽粒代谢物质组成的影响。结果表明:3组含Fe^(0)处理均可提升水稻产量、降低水稻籽粒Cd的赋存水平。尤其是在nZVI@HA作用下,水稻产量显著提升至空白组的188%、籽粒Cd含量降至0.155 mg·kg^(-1),低于我国大米Cd限量标准(0.2 mg·kg^(-1),GB 2762—2022)。代谢组学分析显示,各含Fe^(0)处理均可显著促进水稻籽粒倍他林生物合成及精氨酸和脯氨酸代谢(P<0.05且VIP>1);同时Cd污染修复过程中,水稻籽粒还可通过丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢,核苷酸代谢,甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢,及甘油磷脂代谢特异性响应nZVI@HA处理。研究表明,nZVI@HA可特异性作用于水稻籽粒代谢过程,提升水稻抗性及产量。

水稻土中氮素对微生物固砷的扰动及效应机制

我国是世界上最大的水稻生产国,水稻生产在粮食安全方面起着重要的作用.现阶段,我国稻田土壤的砷污染问题表现突出.稻田长期处于淹水的缺氧环境下,微生物在厌氧条件下介导的砷形态转化速率和程度均强于化学过程.理解和认知微生物对稻田土壤中砷固定的关键过程及作用机制将为开展稻田砷污染的有效治理提供理论依据.在综合分析了砷在稻田土壤中的迁移及其影响因素的基础上,主要综述了涉及淹水稻田土壤中微生物参与As(Ⅲ)固定两条重要途径:Fe(Ⅱ)氧化成矿耦合As(Ⅲ)固定(间接过程)与As(Ⅲ)直接氧化固定(直接过程).同时,就氮素在土壤的形态及分配对微生物参与砷固定的响应过程也展开系统性论述.其中,总结了参与微生物砷固定与氮素转化的关键基因表达及代谢机制;最后,归纳了砷污染稻田微生物修复技术的相关研究进展,并提出了初步展望.

基于电活性菌群的生物电催化体系的有效构筑及其强化胞外电子传递过程的应用

传统的电活性微生物(Electro-Active Bacteria,EAB)主导的胞外电子传递(Extracellular Electron Transfer,EET)效率较低,极大程度地限制了微生物电催化在环境及工业中的应用。为打破这一瓶颈,近年来多国科学家尝试开发先进的催化材料以强化生物电催化体系(Bio-Electrocatalytic System,BES)中的电子传递效能。借用材料科学、电微生物学及合成生物学技术等多学科手段尝试将传统无机催化材料及电活性微生物进行理性优化,将有望强化电子的传递通量和效率。这种优化升级推动了传统单一的无机催化材料向活体生物催化材料过渡,并有望朝着向更精细化、智能可控的先进材料升级改造,也为拓展先进材料的规模化应用提供更有利的技术支撑。本文对现阶段几种强化EET的有效手段用以有效构筑BES展开综述,包括了微生物-石墨烯改性复合材料、原位杂化光催化半导体材料自组装微生物、核/壳装配的生物材料及接种基因工程菌等内容,最后总结了微生物活体生物材料所面临的挑战及未来在环境应用中所面临的机遇。