甲基汞在水稻体内的吸收、迁移及来源研究

汞是一种全球性的污染物，具有很强的毒性。甲基汞（MeHg）由于能在水生食物链中被生物放大，因而成为不同形态汞中毒性最大的一种。食鱼被认为是甲基汞暴露的一条主要途径；而最近的研究显示，食用大米也会导致甲基汞的暴露（(Feng et al., 2008; Horvat et al., 2003; Li et al., 2008, 2009; Qiu et al., 2008; Shi et al., 2005)）。对于植物吸收毒性较小的无机Hg2+的研究已有很多，但对于植物吸收和迁移甲基汞的动力学研究还是空白，因此很有必要展开相关的研究。申请的项目利用向水稻田土壤中加入稳定的汞同位素（202Hg, Me198Hg），来研究汞的甲基化是在土壤中还是植株体内发生的。另外，应用荧光分子探针技术研究水稻不同器官（根、茎、叶和果实）对Hg2+化合物的吸收和迁移，以及这些结果与水稻甲基汞分布的相关性。

利用室内模拟与野外监测，结合198Hg2+同位素过示踪等手段，开展了水稻果实中无机汞与甲基汞的来源、汞在土壤-水稻-大气间迁移转化，以及汞在水稻体内迁移途径的研究。研究结果表明，大米无机汞含量的分布特征与大气汞浓度的分布特征存在一致性，暗示大气汞是大米无机汞的直接来源。稻米甲基汞含量与土壤甲基汞含量间存在显著正相关关系（p<0.01，n=28），大米甲基汞来源于土壤而非大气。198Hg2+同位素示踪表明水稻可以吸收无机汞进入体内，但是进入水稻体内的无机汞并没有发生明显的甲基化现象，而甲基化作用主要发生在土壤中，进而被水稻根部吸收，并运移富集至稻米中。无机汞和甲基汞在植物体的运输有着明显的差别，在水稻生长期间，水稻根表铁膜组织表现出潜在的“屏障”作用，有效的阻止了水稻根部对无机汞的吸收，使得大量的无机汞聚集在水稻根部，而甲基汞的运输就没有受到此屏障的影响，水稻果实中可以富集大量的甲基汞。土壤汞含量是影响植物根部汞含量的一个主要因素，意味着农作物暴露在高汞土壤时，其根部汞浓度就会明显升高。然而，水稻暴露在两种不同汞浓度土壤，其茎和叶片汞浓度没有变化，说明土壤中汞并不是水稻茎和叶部汞的主要来源，而是植物根部汞的主要来源。水培试验显示，水稻根、茎、叶198Hg2+浓度的增加与培养液198Hg2+浓度的增加呈显著正相关，分别为r=0.999 (p<0.01)；r=0.973 (p <0.01)和r=0.961 (p<0.01)。根、茎、叶中，198Hg2+浓度的增加，主要集中在根部，汞转移到植物地上的含量很小。结果表明，水稻可以吸收营养液中的无机汞离子，但由于水稻根表铁膜组织的存在，有效地阻止了Hg2+由水稻根部向地上部分的运移，> 95%的无机汞富集在水稻根部，仅极少量的无机汞被水稻根部吸收、运移至地上部分，水稻茎部无机汞的含量受营养液中的无机汞浓度影响程度大于叶部，当营养液中无机汞的含量等于或低于0.01 ng ml-1时，其对水稻叶部汞含量的影响可以忽略。