南京土壤所揭示锑矿区水稻籽粒中砷和锑形态及分布规律

 

　　研究发现尽管当地稻田土壤中Sb的浓度普遍高于As，但是水稻植株及籽粒中As的浓度要大于Sb。砷锑在水稻各部分中浓度由大到小依次为根、茎、谷壳、籽粒（糙米）。HPLC-ICP-MS结果显示二甲基胂（DMA）是籽粒中As的主要形态；μ-XRF微区成像显示，As主要集中分布在谷壳、糠和胚中，在胚乳中也有均匀分布；利用μ-XANES技术结合线性拟合对选定热区（hotspot）中As的形态探究发现，靠近OVT（主要担任无机As（III）、As（V）向籽粒运输通道）的热区累计较多无机As，由韧皮部和OVT共同运输的有机As在其余籽粒热区也有一定分布（图1）。LA-ICP-MS结果显示Sb在籽粒中的分布与As分布类似（图2）。该研究成果对As和Sb共污染区域粮食安全问题提供更深的理解，部分结果发表于Environmental Pollution （2019, 252: 1439-1447）。

 

　　尽管根表铁膜对水稻吸收Sb的显著影响已被部分报道，但铁膜对不同形态Sb（Sb（III）、Sb（V））的固定能力及阻控吸收机制研究尚有不足，该团队采用水稻（Oryza sativa L.）水培及原位同步辐射技术研究了根表铁膜对水稻Sb吸收的影响。结果显示铁膜能够有效地将Sb固定在水稻根表，尽管铁膜对Sb（III）的固定能力显著大于Sb（V），较多的Sb（III）仍然能够被根部吸收并转运至地上部。有趣的是，铁膜的存在降低了水稻根部对Sb吸收的同时，却提升了Sb从根部到地上部的转运系数，即在水稻地上部累计了更多的Sb。μ-XRF成像结果显示，Fe、Mn环绕包裹在根部切片周围，并且Sb的分布同Fe相关（R2 = 0.1020, p < 0.01）（图3）。此成果对铁膜在水稻转运Sb中的作用有了新的认识，加深了人们对其影响水稻吸收Sb的理解。该结果发表于Environmental Pollution （2015, 204: 133-140）。

 

　　研究工作获得国家重点研发计划（2016YFD0800407）、国家自然科学基金（41771276、41422105、41171189）和中科院青年创新促进会（2011226）等的资助。

 

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　　图1 μ-XRF成像显示（a） As, （b） Fe, （c） Mn, （d）Zn 在水稻籽粒中的分布；（e） μ-XANES揭示水稻籽粒热区As的形态

　　图2 LA-ICP-MS揭示Sb在水稻籽粒中的分布

　　图3 μ-XRF成像显示（a） Fe, （b） Sb, （c） Mn在水稻根部横切面中的分布；（d） Fe和Sb在根部横切面中分布相关性