利用LAICPMS研究銻礦區周邊水稻籽粒中砷和銻分布規律

　　砷（As）和銻（Sb）作為優先控制環境污染物，具有較強的生物毒性。湖南錫礦山有“世界銻都”之稱，Sb礦的大量開展導致礦區周邊土壤As和Sb污染嚴重。該區域的污染調查研究較多，但大多數研究關注礦區土壤-作物體系中As和Sb的總量，而作為當地居民主食的水稻，As和Sb在其籽粒中的形態及分布鮮有關注。中國科學院南京土壤研究所周東美團隊研究員王玉軍等結合原位同步輻射技術（μ-XRF、μ-XANES）、激光剝蝕等離子體質譜（LA-ICP-MS）等手段，初步揭示了礦區周邊水稻籽粒中As和Sb的形態及分布規律。

　　研究發現盡管當地稻田土壤中Sb的濃度普遍高于As，但是水稻植株及籽粒中As的濃度要大于Sb。砷銻在水稻各部分中濃度由大到小依次為根、莖、谷殼、籽粒（糙米）。HPLC-ICP-MS結果顯示二甲基胂（DMA）是籽粒中As的主要形態；μ-XRF微區成像顯示，As主要集中分布在谷殼、糠和胚中，在胚乳中也有均勻分布；利用μ-XANES技術結合線性擬合對選定熱區（hotspot）中As的形態探究發現，靠近OVT（主要擔任無機As(III)、As(V)向籽粒運輸通道）的熱區累計較多無機As，由韌皮部和OVT共同運輸的有機As在其余籽粒熱區也有一定分布（圖1）。LA-ICP-MS結果顯示Sb在籽粒中的分布與As分布類似（圖2）。該研究成果對As和Sb共污染區域糧食安全問題提供更深的理解，部分結果發表于Environmental Pollution (2019, 252: 1439-1447)。

　　盡管根表鐵膜對水稻吸收Sb的顯著影響已被部分報道，但鐵膜對不同形態Sb（Sb(III)、Sb(V)）的固定能力及阻控吸收機制研究尚有不足，該團隊采用水稻（Oryza sativa L.）水培及原位同步輻射技術研究了根表鐵膜對水稻Sb吸收的影響。結果顯示鐵膜能夠有效地將Sb固定在水稻根表，盡管鐵膜對Sb(III)的固定能力顯著大于Sb(V)，較多的Sb(III)仍然能夠被根部吸收并轉運至地上部。有趣的是，鐵膜的存在降低了水稻根部對Sb吸收的同時，卻提升了Sb從根部到地上部的轉運系數，即在水稻地上部累計了更多的Sb。μ-XRF成像結果顯示，Fe、Mn環繞包裹在根部切片周圍，并且Sb的分布同Fe相關（R2 = 0.1020, p < 0.01）（圖3）。此成果對鐵膜在水稻轉運Sb中的作用有了新的認識，加深了人們對其影響水稻吸收Sb的理解。該結果發表于Environmental Pollution (2015, 204: 133-140)。

　　研究工作獲得國家重點研發計劃（2016YFD0800407）、國家自然科學基金（41771276、41422105、41171189）和中科院青年創新促進會（2011226）等的資助。

　　文章鏈接：1 2

圖1 μ-XRF成像顯示(a) As, (b) Fe, (c) Mn, (d)Zn 在水稻籽粒中的分布；(e) μ-XANES揭示水稻籽粒熱區As的形態

圖2 LA-ICP-MS揭示Sb在水稻籽粒中的分布

圖3 μ-XRF成像顯示(a) Fe, (b) Sb, (c) Mn在水稻根部橫切面中的分布；(d) Fe和Sb在根部橫切面中分布相關性