鐵是地球上豐度第四的元素,其地球化學(xué)行為作為土壤元素循環(huán)的重要組成部分而具有重大意義。鐵也是植物正常生命活動過程中的必須微量元素之一,參與眾多生物代謝過程,比如生物體內(nèi)光合作用、呼吸作用、氮素同化和固定以及激素合成等。鐵同位素方法已被廣泛地用來追蹤鐵的生物地球化學(xué)過程,如異化鐵還原、亞鐵的生物和非生物氧化以及吸附、沉淀等過程。同時鐵在植物中的運移過程中的鐵同位素分餾效應(yīng)的研究表明,植物吸收鐵的機(jī)制不同,產(chǎn)生的鐵同位素分餾程度呈現(xiàn)出顯著的差異。當(dāng)植物以機(jī)理I的方式吸收鐵元素時,即通過將三價鐵還原為二價鐵再吸收鐵時,植物優(yōu)先吸收輕的鐵同位素,且鐵同位素在植物內(nèi)部的分餾程度較大(-0.13‰~-1.64‰)。當(dāng)植物通過機(jī)理II的方式,即通過螯合三價鐵,再吸收至植物體內(nèi)的過程,植物優(yōu)先吸收重的鐵同位素,且鐵同位素的分餾程度較小(-0.11‰~0.17‰)。因此鐵同位素方法在揭示水稻對鐵元素的吸收機(jī)制方面具有重要應(yīng)用潛力。本研究以拔節(jié)期和成熟期的水稻土、孔隙水、水稻植株為對象,分析了土壤-水稻體系的鐵同位素分餾特征和機(jī)制,為理解鐵在土壤-水稻體系中的轉(zhuǎn)運機(jī)制提供了參考意義。本研究的主要結(jié)論如下:1孔隙水相對于土壤富集輕的鐵同位素(Δ~(56)Fe_(water-bulk soil)=-0.29±0.01‰),這是由于孔隙水中的鐵主要來自于土壤中鐵的溶解過程,無論是配位溶解還是還原溶解過程均會優(yōu)先釋放輕的鐵同位素。鐵膜與孔隙水之間的鐵同位素分餾值(Δ~(56)Fe_(iron plaque-water)=1.47±0.02‰)與亞鐵氧化生成水鐵礦過程中的鐵同位素分餾值(1.5‰)在誤差范圍內(nèi)一致,表明鐵膜是由孔隙水中的亞鐵氧化沉降形成的。水稻從孔隙水中優(yōu)先吸收重的鐵同位素(Δ~(56)Fe_(rice plant-water)=0.66±0.05‰),表明水稻主要以機(jī)理II的方式吸收鐵。但是不同于典型機(jī)理II植物,水稻內(nèi)部鐵同位素分餾程度達(dá)到-1.39±0.05‰,表明鐵的形態(tài)在水稻內(nèi)部會發(fā)生轉(zhuǎn)變。例如,鐵從根皮層進(jìn)入根中柱會發(fā)生-0.72±0.05‰的分餾(Δ~(56)Fe _(after uptake-cortex)),這可能是由于三價鐵的還原過程所導(dǎo)致的分餾。莖部相對于根部富集-1.39±0.05‰的輕鐵同位素,是由于與鐵絡(luò)合的配體由植物鐵載體(PS)和尼克酰胺(NA)轉(zhuǎn)變?yōu)闄幟仕?citrate)。葉相對于莖富集0.58±0.07‰的重鐵同位素,是由于鐵從莖進(jìn)入到葉肉細(xì)胞之后,會與鐵運輸?shù)鞍?ITP)結(jié)合形成Fe-ITP復(fù)合物儲存在葉綠體中。隨著葉片高度增加,鐵同位素組成變輕,鐵同位素組成逐漸變輕,鐵在葉至籽粒的組織的運移過程中,鐵同位素組成符合瑞利分餾模型的特征,富集系數(shù)(ε)為-0.33±0.17‰。2拔節(jié)期和成熟期土壤-水稻體系的鐵同位素組成在誤差范圍內(nèi)(0.05‰)沒有明顯差異。隨著水稻的生長,成熟期的鐵積累量均顯著高于拔節(jié)期,但水稻的鐵同位素組成仍無顯著差別,δ~(56)Fe分別為0.48±0.09‰和0.52±0.05‰,表明土壤-水稻體系的分餾更接近平衡分餾,鐵在水稻內(nèi)的存在形態(tài)影響各器官間的同位素分餾,而鐵運輸過程對鐵同位素組成的影響很小。
【學(xué)位單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：S153.6;S511
【部分圖文】：

第 1 章 緒論s，水稻根細(xì)胞內(nèi)形成的 DMA 被轉(zhuǎn)運輸出蛋白運輸?shù)郊?xì)胞外螯合 Fe(Ⅲ)，OM1(Nozoye 等，2011)和 OsTOM2(Nozoye 等，2015)是兩個已被鑒定的鐵載出蛋白。根細(xì)胞外形成的 Fe(Ⅲ)-PS 螯合物通過 YSL(yellow-stripe1-like)家族進(jìn)入植物根表皮細(xì)胞，水稻根中已鑒定出的運輸 Fe(Ⅲ)-PS 螯合物的 YSL 家白有 OsYSL15(Lee 等，2009a)和 OsYSL16(Kakei 等，2012)等蛋白。水稻分S 的活性在一天中波動很大，Ueno 等(2009)對多年生草本植物的研究發(fā)現(xiàn)分泌主要受溫度控制，一般中午的分泌量最多，且水稻分泌 PS 的能力弱于，燕麥等禾本科植物，這可能是水稻在石灰土壤中易缺鐵的原因之一(石灰的高 pH 值會降低鐵活性)。

第 1 章 緒論族的 IRT1 蛋白對籽粒鐵積累發(fā)揮重要作用，表示鐵也以近的研究顯示，OsFRDL1 基因也與籽粒鐵的運輸有關(guān)。個節(jié)，穗以及旗葉中表達(dá)水平高。OsFDL1主要位于節(jié)的伴酸將質(zhì)外體中的鐵運輸至花粉，種子等水稻生殖器官中(Y鐵蛋白(ITP)是一類可以高效儲存鐵的植物蛋白，一個 ITP水稻籽粒中 ITP 含量很低，只有 0.04μg/g，這成為水稻籽粒一。超表達(dá) ITP 合成基因 Osfer2 可以將水稻籽粒中的 IT含量分別提高 2.09 和 1.37 倍(Paul 等，2012)。

定同位素的動力學(xué)分餾(a)和平衡分餾(b)機(jī)制示意圖(Wiederhoinetic Fractionation (a) and Equilibrium Fractionation (b) of S(Wiederhold, 2015)位素方法的應(yīng)用需要依托精準(zhǔn)的測定方法。鐵同位素值定得到的，最初是采用熱電離質(zhì)譜儀法(Thermal io，TIMS)，此方法的外部測量精度只有 0.6‰，這一測分餾效應(yīng)小的體系中的應(yīng)用。目前，鐵同位素值得測定 子 體 質(zhì) 譜 儀 法 (Multi-collector inductively coupled ， MC-ICP-MS) ， 其 測 量 精 度 已 經(jīng) 由 最 初 的 0.1r 等，2000; Dauphas 等，2009; He 等，2015)。測量精穩(wěn)定同位素方法在天體化學(xué)、地球化學(xué)、表生環(huán)境等領(lǐng)以多價態(tài)、多形態(tài)存在的元素，可以廣泛參與各個生物

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本文編號：2825246