城环所利用同步辐射技术解析水稻籽粒砷的转运过程

2010-12-07 15:31 来源: 中国科学院
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  中国科学院城市环境研究所朱永官研究员和博士后郑茂钟等通过同步辐射技术结合电感耦合等离子体质谱,揭示了水稻籽粒发育过程中砷的转运过程。

  该研究针对水稻砷污染研究中对不同砷形态从土壤向籽粒中运输动力学和空间分布动态研究的不足,全面分析了水稻各个器官中的砷浓度和形态在整个生长发育期内的变化,发现在发育过程中,籽粒中二甲基砷(DMA)浓度不断减少,无机砷浓度保持稳定(图1)。这一结果表明了DMA向籽粒的转运发生在水稻灌浆之前,而无机砷向籽粒的转运发生在籽粒灌浆过程中。

  其次,该研究组还利用同步辐射技术直观地扫描水稻叶片、秸秆、节等组织中砷信号的分布,旨在通过砷在植物组织中的原位分布信息揭示各个器官和组织在砷转运途径中的功能,提供水稻籽粒砷运输途径的直观线索。研究发现,水稻节中分布着明显的砷信号。结合相邻节和叶片中的砷浓度比,该研究组认为,节在水稻砷的空间分布和转运中发挥着重要的分流作用。

  最后,同步辐射技术还揭示了籽粒发育过程中砷的原位分布变化(图2),为进一步探索砷向籽粒转运的调控机制提供初步的细胞学实验数据。该成果发表在New Phytologist期刊上。

  

图1、籽粒发育过程砷形态变化

图2、水稻籽粒中砷分布的同步辐射原位扫描图(A、C、E、G、I),及其相应的光镜图片 (B、D、F、H、J)。其中A和B显示开花前3天的子房,C和D显示开花当天的子房;E和F显示开花4天后的颖果;G和H显示开花14天后的颖果;I和 J显示成熟的颖果(开花后32天);K是苯胺蓝染色的颖果,显示了ovular vascular trace (箭头所示)与图I中砷信号的分布位置相对应,暗示此组织在籽粒砷转运过程中的重要作用。