中國粉體網(wǎng)9月9日訊 作為全球高新技術(shù)領(lǐng)域廣泛使用的稀土元素在給經(jīng)濟(jì)、社會帶來豐厚回報的同時，也正以前所未有的速度與強(qiáng)度進(jìn)入環(huán)境(土壤、大氣、水與生態(tài)系統(tǒng))，其潛在的生態(tài)風(fēng)險日益顯現(xiàn)。對此，中外專家與政府部門均關(guān)注“稀土食品安全研究”并呼吁“科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)的建立”，但迄今尚無生物體中限量的國際標(biāo)準(zhǔn)。其因同稀土影響生物體的一系列關(guān)鍵基礎(chǔ)問題的無解，不無關(guān)聯(lián)。自1917年中、美學(xué)者首次發(fā)現(xiàn)稀土鈰對水綿生理作用以來，人們探究17種稀土元素對植物的影響與細(xì)胞學(xué)機(jī)制等已近百年，學(xué)術(shù)成果累見于中外文獻(xiàn)。遺憾的是，因植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜而令稀土“低促高抑”正負(fù)效應(yīng)的細(xì)胞及分子機(jī)理等學(xué)科前沿難題，迄今無法解答。
在國家自然科學(xué)基金(21371100, 31170477, 20971069)等項(xiàng)目資助下，南京師范大學(xué)稀土生物無機(jī)化學(xué)課題組黃曉華教授團(tuán)隊(duì)與北大-耶魯植物分子遺傳學(xué)及農(nóng)業(yè)生物技術(shù)聯(lián)合中心鄧興旺教授團(tuán)隊(duì)合作，以出口經(jīng)濟(jì)作物辣根及模式植物擬南芥為研究對象，以稀土放射自顯影示蹤技術(shù)與細(xì)胞生物學(xué)、生物物理學(xué)及細(xì)胞無機(jī)化學(xué)等方法優(yōu)化組合為研究手段，首次揭示輕稀土鑭和重稀土鋱為代表的稀土元素在植物細(xì)胞內(nèi)的行為和生活周期。其研究成果“Rare earth elements activate endocytosis in plant cells”于近期發(fā)表在《美國科學(xué)院院刊》(PNAS)上。
研究者從不同濃度的稀土離子分別作用于農(nóng)田及實(shí)驗(yàn)室植物并全生育期進(jìn)行追蹤研究發(fā)現(xiàn)：⑴外源低劑量稀土未進(jìn)入細(xì)胞，以納米配合物形式錨定于質(zhì)膜上激活葉細(xì)胞內(nèi)吞作用，繼而引發(fā)胞內(nèi)至胞外促進(jìn)細(xì)胞擴(kuò)增的(如胞膜糖基表達(dá)、細(xì)胞內(nèi)外Ca2+和K+交換及動態(tài)水平、胞膜組成及脂肪酸量變、DNA及主要礦質(zhì)元素含量變化等)一系列的響應(yīng)，使作物產(chǎn)量增加10%-15%；⑵隨外源稀土劑量增高，稀土納米配合物在質(zhì)膜上增多并通過正常及異常內(nèi)吞作用進(jìn)入細(xì)胞，在細(xì)胞內(nèi)繼續(xù)強(qiáng)烈地激活內(nèi)吞。內(nèi)吞作用過程中，部分包裹稀土納米配合物的內(nèi)吞泡變成“齒輪形狀”而破裂，將稀土從內(nèi)吞泡中釋放到細(xì)胞質(zhì)并自組裝成稀土納米簇(產(chǎn)生異常獨(dú)特地內(nèi)吞現(xiàn)象)，繼而沉積于細(xì)胞質(zhì)中；⑶進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)的稀土，大部分隨時間推移遷出細(xì)胞，并經(jīng)葉-莖-根遷移至土壤中。但仍有一些稀土納米簇沉積于細(xì)胞質(zhì)中而不外遷，成為稀土元素在葉細(xì)胞里的一種主要累積形態(tài)；⑷伴隨稀土進(jìn)入細(xì)胞并在胞內(nèi)繼續(xù)激活內(nèi)吞作用、產(chǎn)生異常內(nèi)吞現(xiàn)象、稀土胞質(zhì)內(nèi)自主裝及沉積過程等，引發(fā)一系列從胞內(nèi)至胞外的抑制細(xì)胞擴(kuò)增效應(yīng)，最終導(dǎo)致作物減產(chǎn)。稀土劑量越高，激活內(nèi)吞作用越強(qiáng)，或致細(xì)胞出現(xiàn)傷害、稀土在植物細(xì)胞中累積量和作物減產(chǎn)幅度均進(jìn)一步增加。
植物作為生態(tài)系統(tǒng)的創(chuàng)造者，在進(jìn)化中形成了很低內(nèi)吞活性特質(zhì)。正如世界杰出的植物生物學(xué)家們(Bob B.Buchanan等)所言，“相對于動物系統(tǒng)中內(nèi)吞作用的大量著述，植物中相應(yīng)的研究就很少；植物細(xì)胞中低水平的內(nèi)吞作用活性以及細(xì)胞壁的存在大大阻礙了標(biāo)記分子靠近細(xì)胞膜，這大大增加了實(shí)驗(yàn)難度”。該項(xiàng)研究通過學(xué)科交叉所建立的組合研究方法，不僅實(shí)現(xiàn)了稀土激活植物葉細(xì)胞內(nèi)吞作用靜態(tài)和動態(tài)過程的可視化，且發(fā)現(xiàn)內(nèi)吞活化是植物細(xì)胞對稀土作用的首要響應(yīng)，可視為稀土作用于植物的細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ)。因此，該研究回答了困惑人們已久的稀土植物無機(jī)化學(xué)的一些關(guān)鍵科學(xué)難題，為稀土植物食品限量國際標(biāo)準(zhǔn)的建立提供理論與實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)。
在國家自然科學(xué)基金(21371100, 31170477, 20971069)等項(xiàng)目資助下，南京師范大學(xué)稀土生物無機(jī)化學(xué)課題組黃曉華教授團(tuán)隊(duì)與北大-耶魯植物分子遺傳學(xué)及農(nóng)業(yè)生物技術(shù)聯(lián)合中心鄧興旺教授團(tuán)隊(duì)合作，以出口經(jīng)濟(jì)作物辣根及模式植物擬南芥為研究對象，以稀土放射自顯影示蹤技術(shù)與細(xì)胞生物學(xué)、生物物理學(xué)及細(xì)胞無機(jī)化學(xué)等方法優(yōu)化組合為研究手段，首次揭示輕稀土鑭和重稀土鋱為代表的稀土元素在植物細(xì)胞內(nèi)的行為和生活周期。其研究成果“Rare earth elements activate endocytosis in plant cells”于近期發(fā)表在《美國科學(xué)院院刊》(PNAS)上。
研究者從不同濃度的稀土離子分別作用于農(nóng)田及實(shí)驗(yàn)室植物并全生育期進(jìn)行追蹤研究發(fā)現(xiàn)：⑴外源低劑量稀土未進(jìn)入細(xì)胞，以納米配合物形式錨定于質(zhì)膜上激活葉細(xì)胞內(nèi)吞作用，繼而引發(fā)胞內(nèi)至胞外促進(jìn)細(xì)胞擴(kuò)增的(如胞膜糖基表達(dá)、細(xì)胞內(nèi)外Ca2+和K+交換及動態(tài)水平、胞膜組成及脂肪酸量變、DNA及主要礦質(zhì)元素含量變化等)一系列的響應(yīng)，使作物產(chǎn)量增加10%-15%；⑵隨外源稀土劑量增高，稀土納米配合物在質(zhì)膜上增多并通過正常及異常內(nèi)吞作用進(jìn)入細(xì)胞，在細(xì)胞內(nèi)繼續(xù)強(qiáng)烈地激活內(nèi)吞。內(nèi)吞作用過程中，部分包裹稀土納米配合物的內(nèi)吞泡變成“齒輪形狀”而破裂，將稀土從內(nèi)吞泡中釋放到細(xì)胞質(zhì)并自組裝成稀土納米簇(產(chǎn)生異常獨(dú)特地內(nèi)吞現(xiàn)象)，繼而沉積于細(xì)胞質(zhì)中；⑶進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)的稀土，大部分隨時間推移遷出細(xì)胞，并經(jīng)葉-莖-根遷移至土壤中。但仍有一些稀土納米簇沉積于細(xì)胞質(zhì)中而不外遷，成為稀土元素在葉細(xì)胞里的一種主要累積形態(tài)；⑷伴隨稀土進(jìn)入細(xì)胞并在胞內(nèi)繼續(xù)激活內(nèi)吞作用、產(chǎn)生異常內(nèi)吞現(xiàn)象、稀土胞質(zhì)內(nèi)自主裝及沉積過程等，引發(fā)一系列從胞內(nèi)至胞外的抑制細(xì)胞擴(kuò)增效應(yīng)，最終導(dǎo)致作物減產(chǎn)。稀土劑量越高，激活內(nèi)吞作用越強(qiáng)，或致細(xì)胞出現(xiàn)傷害、稀土在植物細(xì)胞中累積量和作物減產(chǎn)幅度均進(jìn)一步增加。
植物作為生態(tài)系統(tǒng)的創(chuàng)造者，在進(jìn)化中形成了很低內(nèi)吞活性特質(zhì)。正如世界杰出的植物生物學(xué)家們(Bob B.Buchanan等)所言，“相對于動物系統(tǒng)中內(nèi)吞作用的大量著述，植物中相應(yīng)的研究就很少；植物細(xì)胞中低水平的內(nèi)吞作用活性以及細(xì)胞壁的存在大大阻礙了標(biāo)記分子靠近細(xì)胞膜，這大大增加了實(shí)驗(yàn)難度”。該項(xiàng)研究通過學(xué)科交叉所建立的組合研究方法，不僅實(shí)現(xiàn)了稀土激活植物葉細(xì)胞內(nèi)吞作用靜態(tài)和動態(tài)過程的可視化，且發(fā)現(xiàn)內(nèi)吞活化是植物細(xì)胞對稀土作用的首要響應(yīng)，可視為稀土作用于植物的細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ)。因此，該研究回答了困惑人們已久的稀土植物無機(jī)化學(xué)的一些關(guān)鍵科學(xué)難題，為稀土植物食品限量國際標(biāo)準(zhǔn)的建立提供理論與實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)。
