芹菜根细胞的超微结构与铅形态特征分析

植物细胞是植物响应重金属胁迫的重要生化反应场所,探索细胞层级中铅(Pb)的分布与形态转化是揭示有害元素对蔬菜毒性作用机理的重要途径。本研究以芹菜为例,利用能量色散透射电子显微镜(TEMEDS)和X射线吸收近边结构谱(XANES)技术,考察了Pb胁迫后芹菜根细胞的超微结构、元素分布和形态转化。研究发现,Pb胁迫显著改变了芹菜根细胞的超微结构,导致胞间间隙加大、细胞壁增厚和质膜变糙;芹菜根、茎和叶对Pb具有显著且不同的形态转化功能,可将无机铅(Pb(NO_3)_2)转化为有机铅形态;芹菜根细胞中62.7%的Pb以Pb_5(PO_4)_3Cl形态沉积在根细胞壁,根和茎中有机铅(Pb(Ac)_2·3H_2O)约占34.4%~37.3%,叶中总有机铅(Pb(C_(17)H_(35)COO)_2和Pb(Ac)_2·3H_2O)占63.3%。结果表明,芹菜细胞的Pb-磷酸盐来源于植物体的生物合成,而非外界根际环境,芹菜根际环境的Pb能够以Pb-Ac的络合物形式进入根细胞,一部分转化成Pb_5(PO_4)_3Cl沉积于细胞壁,实现Pb的解毒和耐受,少部分经茎长程运输至叶片以Pb-大分子有机酸/磷酸盐的形式贮存。     

微区X射线荧光光谱仪研制及元素生物地球化学动态分布过程研究

微区无损分析可提供物质组成元素的原位分布信息,以揭示物质形成条件、元素动态分布过程与相互作用机理、生物代谢作用等。文章报道了实验室型微区X射线荧光(μXRF)光谱仪的研发和元素生物地球化学动态分布过程研究结果。μXRF光谱仪采用15 μm光斑的聚束毛细管X射线透镜为激发源,选用分辨率为135 eV的硅漂移探测器(SDD),样品和探测器间角度可调,使之可进行异型样品如地质样品的原位分析,利用五轴自控实现样品时空四维元素分布测定。利用该μXRF光谱仪测定了矿物-生物膜间的元素迁移和玉米种发芽过程中的元素分布,发现(1)生物膜可吸附、富集毒性元素铅,是重金属的重要汇集地,最大富集系数1.7。(2)生物膜是金属从固态矿物相经水相进入生态系统的重要途径。(3)在玉米种子中,可检测到K,Ca,Mn,Fe,Cu,Zn和Pb。Zn主要在胚乳中分布,胚中有少量Zn存在;在胚乳和胚中存在微量Fe;胚乳中存在微量Pb,胚中未观测到Pb。(4)经含Pb溶液浸泡发芽后,K在玉米种中胚和胚乳中部分富集,Fe分布在种皮和胚乳中,Cu和Zn主要在胚乳中分布;Pb主要在胚根、胚轴和胚芽中分布,且Pb在新生根中高度富集。研究表明,在种子萌发阶段,Pb等毒性元素可被植物滞留于根部,制约了其向地上部的转移,从而揭示了植物对毒性元素的耐受机制。     

X射线光谱技术在生物与生态环境中的应用进展

环境样品中元素的浓度、空间分布和赋存形态等是认识元素的生物功能和环境行为的关键.本文对近年来X射线光谱技术在生物与生态环境中的应用研究进展进行了评述,发现X射线荧光光谱技术可以提供活体植物中元素迁移与分布的定量数据,且微区X射线荧光光谱和X射线吸收谱技术的联用可深入认识生物与元素的相互作用,尤其是生物对元素的吸收、转运...