秘密通道,研究表明量化贸易传输控制汞污染

2019-12-04 06:43栏目:生命科学
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《自然》:调控植物生长的“秘密通道”
中国核电站巨型环是怎样炼成的
“有形之手”消解“无形之毒”
研究表明量化贸易传输控制汞污染

■本报见习记者 程唯珈

■赵龙哲

■本报记者 黄辛 见习记者 卜叶

生长素是植物中最早被发现也是最重要的激素,精准控制了一系列复杂的植物发育过程。正如“月满则亏,水满则溢”,生长素调控植物生长发育同样遵循类似的规律。

它是世界最大直径不锈钢环形锻件;它创造了世界最重单体不锈钢坯料;它创造了世界首创金属构筑成形技术,实现了200吨级金属钢坯分级构筑成形……它的冶炼难度,史无前例。

3月,安徽省破获一起跨省污染环境案,900吨含汞等重金属物质的污泥被倾倒进当地采煤沉陷区,令人意外的是,这些污泥均源自沿海地区。为何会出现跨区域排放污染物?如何有效控制汞污染?

近日,福建农林大学海峡联合研究院园艺中心教授徐通达(原中国科学院分子植物卓越创新中心/上海植物逆境生物学研究中心研究员)课题组在模式植物拟南芥中,发现了受体蛋白激酶介导的生长素信号途径调控植物差异性生长的分子机制,有望调控植物的农艺性状。该研究近日在线发表于《自然》杂志。

近日,世界最大无焊缝奥氏体不锈钢整体环形锻件在济南成功轧制。作为我国第四代核电机组核心部件的支承环,它不但是压力容器边界、安全屏障,而且结构上需承受7000吨重量,堪称整个堆容器的“脊梁”。

华东师范大学、北京师范大学、伦敦大学学院等团队的合作研究成果有望解决这些难题。该研究发现,地区间贸易显著加剧了中国人群汞摄入暴露的健康风险,为加强中国地区间合作并从多视角来履行汞的《水俣公约》提供了新思路。相关研究成果以《中国大气汞排放的跨省健康影响》为题,近日在线发表于《自然—通讯》。

一次意外的发现

创造这次世界之最所使用的技术就是中国科学院金属研究所李依依院士团队独辟蹊径在全球率先提出的“以小制大”的金属构筑成形技术。

“既往研究往往注重汞的大气动力传输,忽略了贸易往来、经济活动对汞暴露风险的虚拟转移。”论文通讯作者、华东师范大学地理科学学院教授束炯说,“该研究引入了经济贸易因素,有助于更加科学全面地了解我国各地区人群汞暴露健康风险的可能来源。”

早在19世纪30年代,科学家就发现生长素的功能具有典型的浓度效应。简单来说,浓度较低的时候,生长素能促进植物的生长,但随着浓度的升高,生长素却开始抑制生长。

“以小制大”克服“木桶效应”

“谁污染谁治理”难实现

“植物组织中的生长素呈现浓度的梯度化分布,从而决定不同位置植物的发育模式。虽说高浓度生长素会抑制生长,但植物在某些局部位置可以巧妙利用这种高浓度生长素效应,来达到特殊的发育需求,比如植物幼苗破土过程中顶端弯钩的形成等。”徐通达告诉《中国科学报》。

传统大锻件制造通常使用“以大制大”的方法,即锻造母材一定要大于成形工件,按照这种测算方法,本次制造的大锻件至少需要浇铸一个单重250吨的钢锭。

汞是常温常压下唯一的一种液态金属,常温下即可蒸发。人类活动诸如化石燃料燃烧、有色金属冶炼等均会排放汞。汞进入大气,是一种持久有毒污染物,大气汞也会随降水等过程沉降到陆地和海洋生态系统,并富集到食物链中。

此项发现起始于一次意外的实验现象。徐通达告诉记者,在一次实验中,学生用高浓度生长素处理植物时,通过蛋白凝胶电泳发现,TMK1蛋白的下方多出了一条相对较小的条带,这非常意外。他们后期通过质谱检测的方法对该条带进行分析,最终确认了TMK1蛋白被生长素诱导后能进行剪切。

然而,钢锭尺寸越大,凝固时间越长,冷却速度越慢,钢锭偏析、疏松、粗晶现象越严重。

自20世纪中期以来,食物链中的甲基汞暴露就对人类健康造成了影响。例如,上世纪50年代日本水俣湾的汞污染事件,就是由于工业废水排放污染造成的公害。日本至少有5万人因此受到不同程度的影响,确认了2000多例“水俣病”,重症病例出现脑损伤、瘫痪等。

基于这个发现,团队成功解析了一条由高浓度生长素驱动的信号传递途径,该途径对植物幼苗顶端弯钩的形成和维持起着至关重要的作用。那么,植物细胞是如何对不同浓度的生长素进行精确感知的?不同浓度生长素产生不同效应的分子机制又是什么?面对一系列接踵而至的问题,徐通达陷入了更深入的思考中。

此外,受特种冶金设备能力的限制,传统上制造这种巨型环锻件,国内外通常采用分段制造然后拼焊完成。这意味着上面要有7-8条焊缝,由于焊缝这个位置材料性能非常薄弱,在构件服役过程中会存在一些安全隐患,这也就是我们所说的“木桶效应”。

论文第一作者、华东师范大学地理科学学院博士后陈龙告诉《中国科学报》,起初外界认为水俣病是一种地域性疾病,但后来发现汞可以通过排放进入大气并随大气环流进行全球传输,人们逐渐意识到汞污染是一种全球威胁。

调控顶端弯钩新机制

为了攻克这一难题,中国科学院金属研究所李依依院士团队独辟蹊径在全球率先提出了“以小制大”的金属构筑成形技术,通过使用数十块小型板坯,经分组封焊,多次构筑,成功制造了200吨级原料钢坯,并整体轧制成形。在这个巨型环上,根本不存在所谓的焊缝,整体性能得到了显著提升。

2013年,全球100多个国家和地区签署了《水俣公约》,开出了有关限制汞排放的清单,以此减少全球汞污染所带来的健康和生态风险。该公约于2017年8月正式在全球范围内生效。

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