中国科学院地理科学与资源研究所, 北京 100101
砷超富集植物蜈蚣草具有超强的砷吸收和富集能力, 生物量大, 被认为是修复砷污染土壤的理想植物材料。 基于砷超富集植物蜈蚣草的植物修复技术已经推广应用到了我国20多个污染区的土壤修复实践中。 目前所报道的所有蜈蚣草均具有砷超富集能力, 并且该特性能够得到稳定遗传。 蜈蚣草是如何通过仅仅几十个微米的孢子将这种砷超富集能力传递给下一代? 与其他微区分析手段相比, 基于同步辐射X射线的荧光光谱和吸收光谱分析灵敏度高、 操作简便, 近年来被广泛应用到超富集植物的研究中, 它也使得研究几十个微米的孢子中砷及其他元素的分布成为可能。 为了揭示砷超富集植物蜈蚣草孢子的化学元素组成, 该研究采用同步辐射X射线荧光探针分析技术首次揭示了蜈蚣草的生殖细胞——孢子中砷、 铜、 锌等微量元素的浓度分布, 以及钾、 钙等大量元素的浓度分布; 并将砷的分布趋势与大量营养元素钾、 钙、 铁、 硫, 以及微量元素铜、 锌的分布趋势进行对比。 蜈蚣草的微区元素分布研究表明, 孢子囊中砷和钙、 砷和硫的分布特征具有相似性, 砷和硫、 钙更有可能同时聚集在孢子中。 这表明, 在孢子产生和萌发过程中, 砷、 硫和钙可能发挥着重要作用。 为了揭示变价元素砷在孢子中的存在形式, 采用同步辐射X射线吸收光谱首次揭示了蜈蚣草孢子中砷的微区形态, 结果表明, 蜈蚣草孢子中砷的存在形态与羽叶一致, 以低价态的AsⅢ为主。 AsⅢ是活性和毒性都相对较强的一种砷存在形式。 这表明蜈蚣草孢子对于高毒性高活性的三价砷具有较强耐性。 通过采用高分辨率低检测限的X射线荧光探针和X射线吸收光谱技术, 揭示砷超富集植物蜈蚣草孢子中砷的分布和存在形式, 研究结果为了解蜈蚣草砷富集能力的遗传特性提供基础信息。
同步辐射X射线吸收光谱 X射线荧光探针 蜈蚣草 孢子 砷形态 Synchrotron radiation X-ray absorption spectroscopy X-ray fluorescence microprobe Pteris vittata Spore Arsenic speciation
X射线衍射(XRD)光谱是分析土壤粘粒矿物组成的重要手段, 但常规XRD分析存在前处理复杂、 耗时较长、 光谱分辨率低、 扫描不充分等问题。 为此, 该研究依托北京同步辐射装置(BSRF)的4B9A衍射实验站, 以我国东部不同气候带(即温带、 亚热带、 热带)的7种地带性森林土壤(棕色针叶林、 暗棕壤、 棕壤、 黄棕壤、 黄壤、 赤红壤和砖红壤)为研究对象, 利用同步辐射X射线衍射(SR-XRD)光谱对土壤粘粒矿物组成特征进行分析。 结果表明: (1)温带土壤(棕色针叶林、 暗棕壤和棕壤)质地以粘壤土为主, 而亚热带土壤(黄棕壤、 黄壤和赤红壤)分布在粘土和粘壤土的分界线上; 从亚热带到热带, 土壤质地呈现出粘土→壤土→砂土的变化趋势。 (2)土壤硅铝率(Sa)表现为温带土壤(5.22)>热带土壤(4.53)>亚热带土壤(4.49); 同样地, 硅铝铁率(Saf)也呈现出温带土壤(4.06)>热带土壤(3.53)>亚热带土壤(3.36)的变化规律。 (3)从温带到热带, 土壤粘粒矿物中高岭石的含量增加、 结晶度提高, 而伊利石的含量则逐渐减少; 温带土壤以2∶1型粘粒矿物为主, 而热带土壤则以1∶1型矿物为主; 在SR-XRD光谱中鉴定出了伊蒙混层、 长石两种粘粒矿物的存在, 而这两种矿物在常规XRD光谱中未被识别。 (4)与常规XRD法相比, 利用SR-XRD法分析土壤粘粒矿物组成具有以下优势: 一是前处理工作量较少, 常规XRD法需将粘粒样品制成不同类型的载玻片再进行测定, 而SR-XRD法直接测定粘粒样品即可; 二是光谱分辨率高, SR-XRD法的分辨率可达到≤100 nm, 从而能够检测到更多的衍射峰; 三是实验效率提高, SR-XRD法的优化扫描步长可达0.04°, 比常规XRD法增加1倍, 从而提高了测试效率; 四是扫描辨识度增加, SR-XRD法的看光时间可优化为4 min, 是常规XRD法的2倍, 使得样品的扫描更加充分。
SR-XRD光谱 常规XRD光谱 气候带 地带性森林土壤 粘粒矿物 Synchrotron Radiation X-ray diffraction spectrum Conventional X-ray diffraction spectrum Climatic zones Zonal forest soil Clay minerals
1 西南交通大学牵引动力国家重点实验室， 成都 610031
2 挪威科技大学结构工程系， 特隆霍姆N-7491， 挪威
3 中国科学院上海应用物理研究所上海同步辐射光源， 上海 201204
利用高精度同步辐射X射线三维成像技术，对激光-电弧复合焊缝的气孔率进行测定，并将其作为GTN损伤模型中的初始孔洞体积分数。通过建立含余高与不含余高的复合焊接接头的细观损伤力学有限元模型，得到了拉伸接头主应力和孔洞体积分数的分布。通过对拉伸断口金相组织进行分析，发现了几何和材料的不连续性是导致接头失效的重要原因。
激光技术 GTN细观损伤模型 激光-电弧复合焊接 7020铝合金 同步辐射X射线 疲劳损伤 中国激光
2016, 43(10): 1002005
中国科学院地理科学与资源研究所环境修复中心, 北京 100101
研究选择了分布于我国安徽、重庆、湖南、台湾、福建、广西、广东等7个省、市、自治区中10个不同地理区域的13个蜈蚣草种群,通过同步辐射X射线吸收光谱研究不同种群蜈蚣草中的砷形态差异,为揭示其富集机理奠定基础.蜈蚣草根部的砷主要以与O结合的方式存在,各种群的蜈蚣草根部还存在As—S配位的砷,但含量较少.蜈蚣草根部中的砷以As(Ⅴ)为主,As(Ⅴ)的比例为59.6%±0.6%~83.8%±3.8%.不同种群的根部砷形态具有较大差异,HN5种群具有明显高于其他种群的As(Ⅲ)比例,FJ种群具有明显低于其他种群的As(Ⅲ)比例,而来自湖南和广西的几种种群具有较高的As-GSH比例.As(Ⅴ)比例由低到高的顺序为:HN5
HN3>HN1>TW>CQ>AH>FJ>HN5>HN2>GX2>GX3>HN4>GX1.对蜈蚣草中砷形态的种群差异揭示有利于对蜈蚣草砷富集能力的种群差异来源机制进行深入研究.光谱学与光谱分析
2015, 35(8): 2329
中国科学院西北高原生物研究所, 青海省藏药药理学和安全性评价研究重点实验室, 青海 西宁 810001
同步辐射X射线荧光(SR-XRF)技术具有光强高、 能量范围宽、 信噪比高、 检测限低、 无损伤分析等特点, 在元素分析中具有极为显著的优势。 采用SR-XRF技术, 对临床治疗肝胆疾病常用的藏药材(川西獐牙菜)及藏药制剂中的金属元素进行较为准确的定量半定量分析, 以期揭示藏药中这些金属元素与其药效的关系。 SR-XRF分析结果发现, 藏药材川西獐牙菜中含有钾(K)、 钙(Ca)、 钛(Ti)、 钒(V)、 铬(Cr)、 锰(Mn)、 铁(Fe)、 锌(Zn)、 铅(Pb)共九种金属元素(含量均处于ppb或亚ppm级别), 且不同来源样品间的元素组成具有明显的差异性。 另外, 发现研究的藏药复方制剂含有钾(K)、 钙(Ca)、 钛(Ti)、 钒(V)、 铬(Cr)、 锰(Mn)、 铁(Fe)、 镍(Ni)、 铜(Cu)、 锌(Zn)、 铷(Rb)、 铅(Pb)、 汞(Hg)、 钴(Co)、 镓(Ga)15种金属元素及一种非金属元素砷(As), 各元素含量均在ppb至ppm级别, 不同复方制剂中的元素组成具有显著性的差异。 利用SR-XRF技术对常用藏药材和藏药制剂中元素进行了, 初步揭示了传统藏药中微量金属元素与其生物学效应的关系, 并发现该技术可用于藏药微量金属元素的直接、 快速检测。
藏药 川西獐牙菜 制剂 同步辐射X-射线荧光 金属元素 Tibetan medicine Swertia mussotii franch. Preparations Synchrotron radiation X-ray fluorescence Metallic elemental 光谱学与光谱分析
2015, 35(6): 1730
