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9159金沙游艺场固氮合成氨有了迅猛光催化剂

来源:http://www.65wine.com 作者:生命科学 人气:73 发布时间:2019-10-17
摘要:招募“精兵强菌”为水稻高效“固氮” 研究揭示籼粳稻根系微生物组与氮肥利用效率的关系 “立正!稍息!向右看齐。”12月29日,在新疆生产建设兵团第四师六十六团良繁场文化广场
招募“精兵强菌”为水稻高效“固氮”
研究揭示籼粳稻根系微生物组与氮肥利用效率的关系

“立正!稍息!向右看齐。”12月29日,在新疆生产建设兵团第四师六十六团良繁场文化广场上,来自该场60余名干部职工组成的民兵队伍穿着整齐的服装,不畏严寒在教官的统一指挥下进行着冬季军事训练活动。

从中国科学技术大学获悉,该校熊宇杰教授团队,通过金属氧化物光催化剂的缺陷工程调控,发现通过掺杂的方式来精修催化剂的缺陷态,可以促进缺陷位点对氮分子的高效活化,有效地提高光催化固氮合成氨的效率。该成果日前在线发表于国际化学重要期刊《美国化学会志》上。 工业合成氨技术使用铁基催化剂,其反应条件非常苛刻(250大气压、400摄氏度),并需要巨大的能耗。光催化技术能够直接将太阳能转化为化学能,为降低合成氨能耗提供了非常具有前景的方法。由于氮分子稳定的化学特性,从而导致常规的光催化材料很难活化氮分子,开发高效的固氮合成氨光催化剂依然面临巨大挑战。 氮分子活化一般被认为是氮还原的先决条件。对于光催化材料,表面缺陷位点可以作为氮分子化学吸附的活性位点,同时局域在缺陷处的电子可以转移进入吸附氮分子的反键π轨道,从而实现对氮—氮叁键的弱化作用。 科研人员将钼原子掺杂在催化剂的缺陷位点处,实现了光催化体系中氮分子的高效活化。研究人员结合同步辐射技术表征、原位红外光谱检测和理论计算模拟,揭示了掺杂钼原子对缺陷状态的精修作用。一方面,钼掺杂提升了催化剂缺陷能级,减少了电子能量驰豫过程带来的能量损耗;另一方面,钼掺杂形成的钼—钨异质位点调控了吸附氮分子的电荷状态,增大了氮原子之间的电荷差,同时提高了金属—氧键的共价性,促进了光生电子转移过程。这些钼掺杂带来的不同效应之间的协同作用,有效地促进了催化位点对氮分子的活化,实现了催化剂光驱动固氮合成氨效率的大幅提升。 该成果为开发高效的固氮光催化剂以及调控催化剂缺陷提供了一种新的思路,并展示了催化位点电子结构的调控对催化反应的重要性。

氮素是促进作物增产的最关键因素之一。据统计,全球每年施用氮肥超过1.2亿吨,其中我国氮肥用量占全球氮肥总产量的35%,但氮肥利用率却远低于全球20%-30%。氮肥大量施用不仅增加农业生产成本,更导致土壤酸化、水体富营养化等环境问题。

为增强该场干部职工的身体素质,提高连队民兵维稳处突能力,按照团武装部统一安排,良繁场党总支开展为期10天的军事训练。此次训练包括停止间转法、立正、稍息、起步走、跑步、等基本军事训练项目,虽然天气特别寒冷,但在训练过程中,他们不畏严寒,以饱满的精神、昂扬的斗志苦练军事本领,以军人的形象规范自己,约束自己,锻炼自己,用自己所学军事技能,维护团场和谐稳定。同时,他们还学习国防政策、党的十八届五中全会精神、中央第二次新疆工作座谈会、习近平总书记系列讲话等内容,以提高理论素质。

已有研究表明,作物中某些基因控制着氮素利用效率,但这些基因如何发挥作用、对作物有何影响等机制尚不清楚,而这对于作物改良、提高氮素利用率至关重要。

负责民兵军训的干部江川说:“我们的民兵队伍要内修素质,外塑形象,不能像痞子,扣子不扣,走路摇摆。”希望通过军训,提升队员的精神面貌,树立兵团民兵队伍的新形象。我们将把军事训练作为重点工作贯穿全年始终,旨在通过标准军事化的训练,着力提高队伍素质,增强队伍凝聚力和战斗力,充分展现兵团职工的良好形象。

近日,中科院遗传与发育生物学研究所白洋课题组与储成才课题组合作揭示了水稻关键因子“NRT1.1B”通过调控水稻根系微生物组,从而改变根际微环境,进而影响水稻籼粳亚种间的氮肥利用效率。相关成果发表于《自然-生物技术》。

民兵黄辉是一名老民兵了,自从部队复原回来后,每年都积极参加团场组织的各项民兵军事训练,在训练活动中他总是以身作则,严格要求自己,是该场维稳戍边工作中的骨干民兵。他说,通过这次训练,充分展示了团场干部职工立足岗位、顽强拼搏的良好的精神风貌,同时也显示了农场干部职工做好新形势下反恐维稳工作、建设强大团场的信心和决心。

9159金沙游艺场,根系微生物与水稻的“互助”

据了解,该场已经连续5年开展全员军事训练,参加全员普训人员已达600余人次,另外该场还从军训队伍中挑选出“精兵强将”组成了10余人的民兵应急排,担负师及团场执勤、巡逻、抢险等任务。

水稻是世界上最重要的粮食作物之一,世界上约90%的水稻在亚洲种植消费。亚洲栽培稻分为粳稻与籼稻两个主要亚种,它们在形态、发育与生理等方面都表现出不同的特征。

此前,储成才课题组研究发现,水稻中基因NRT1.1B的自然变异导致了籼稻比粳稻具有更高的氮肥利用能力。

“NRT1.1B编码一个硝酸盐转运蛋白,同时也是植物氮的感受器,它可以调控硝酸盐的吸收、转运和同化等各个环节,籼稻和粳稻NRT1.1B具有一个氨基酸的差别,从而导致其具有不同的氮肥利用效率。”储成才说。

在自然环境中,宿主植物与根系微生物群的协调是植物生长的关键。植物根系为微生物栖息繁衍提供一个“家”,同时微生物又“陪伴”植物的整个生命周期,帮助其吸收营养、抵抗外敌以及适应不同的胁迫环境。

土壤中的氮主要以硝酸盐、铵和有机氮的形式存在,而土壤中的微生物群落可以代谢不同形式的氮,这可能影响植物根系吸收氮的效率。

“根系微生物群落及其相互关系就是根系微生物组,过去限于技术手段,对水稻根系微生物组与植物互作的研究很少。”白洋告诉《中国科学报》,事实上,不仅是水稻,其他植物和根系微生物组之间互作关系研究目前还比较空白,多描述性研究,缺少原理性机制的证明。

“水稻根系微生物是否影响水稻生长?我们并不知道。”白洋说,他们希望认识水稻籼粳亚种根系微生物群变异与特定植物性状之间的关系,并确定引起根系微生物群变异的关键基因。这将对了解水稻根系微环境与水稻生长间的关系有重要意义。

“司令”NRT1.1B招募“精兵强菌”

为了使研究与实际水稻生长更接近,研究人员首先作了两年多的田间实验。

研究人员在实验田的两个不同区域分别种植了68个籼稻和27个粳稻品种并收集根系微生物,发现籼稻和粳稻根系微生物的组成存在明显差异,且籼稻根系富集的微生物组的多样性明显高于粳稻,而根系富集微生物组差异特征可作为区分籼粳稻的生物标志。

“一开始,我们并不知道是基因NRT1.1B单独影响氮利用,还是该基因改变根系微生物群后影响氮利用率。”白洋说,经分析发现,根系微生物群影响着水稻氮利用,且氮循环相关的微生物类群在水稻生长后期富集,“这暗示着可能是某些基因在调控它,关联分析证明NRT1.1B基因及其在籼粳稻中的自然变异显著影响了水稻根系微生物组构成。”

NRT1.1B基因像一个“司令”,招募大量的氮循环功能强大的“精兵强菌”集结在水稻根系周围,保障水稻生长在一个活跃的氮转化环境中,从而表现出高效的氮肥利用效率。

研究还发现,与粳稻相比,籼稻根系富集更多与氮循环相关的微生物类群,这也可能是导致籼稻氮肥利用效率高于粳稻的重要原因之一。

建立世界首个水稻根系细菌资源库

在田间实验发现规律后,研究人员并未止步,而是进一步证实了这一规律。

他们利用高通量微生物分离培养和鉴定体系,成功分离培养了水稻根系70%的细菌种类,建立了世界上首个系统的水稻根系细菌资源库。

“在实验室的精细实验表明,NRT1.1B基因的确能调控很多菌群,确实能帮助水稻来利用土壤中的有机氮,证实了籼稻与粳稻氮肥利用效率的差异与根系微生物组有关。”白洋说。

植物的根系微生物和动物的肠道微生物的功能有异曲同工之妙,在营养吸收利用、抗病抗逆能力等均具有重要作用。储成才告诉《中国科学报》,“这一工作启示了作物品种的精准设计除了要考虑植物本身的改良,还要考虑环境微生物的互作影响,这大大地拓展了育种思路。”

白洋表示,目前全世界在植物根系微生物组与植物氮高效的研究还处于空白,中国已经先行了一步,“不过,这只是非常初步的探索,比如根系微生物除了与植物氮利用相关,是否与其他过程相关?植物如何调控细菌使其成为益生菌?以及NRT1.1B基因如何导致根系微生物组的改变?等还需要更多的研究。”

相关论文信息:DOI:10.1038/s41587-019-0104-4

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