Fundamental Research | 冯新斌研究员："单一富集稳定汞同位素示踪技术研究水稻植株中汞的来源和转化过程"
Fundamental Research 2021年第1卷第3期封面
单一富集稳定汞同位素示踪技术研究水稻植株中汞的来源和转化过程
汞是一种毒性很强的重金属污染物，已被我国和联合国环境规划署、世界卫生组织、欧盟以及美国环境保护署等多个国家或国际机构列为优先控制污染物。自20世纪50年代震惊世界的日本“水俣病”事件被证实是由于人为汞污染引起的甲基汞中毒以来，汞的生物地球化学、环境毒理学及生态风险问题成为环境科学研究的热点。鉴于甲基汞极强的亲脂性、高神经毒性及其带来的健康风险，深入开展环境中汞的甲基化和甲基汞的生物富集机理研究，对有效控制无机汞的甲基化过程、降低人类甲基汞暴露健康风险，具有十分重要的科学和现实意义。中国科学院地球化学研究所冯新斌研究员课题组通过大量的调查研究发现，水稻是甲基汞富集农作物，食用大米是我国南方内陆农村居民人体甲基汞暴露的重要途径。这一发现，打破了国际上认为食用鱼类等水产品是人体甲基汞暴露主要来源的传统认识。水稻是世界上最重要的粮食作物之一，全球一半以上的人口以稻米为主食。因此，水稻甲基汞污染问题已经引起了国际社会的高度关注。只有弄清楚水稻体内无机汞和甲基汞的确切来源、全面了解水稻对汞的吸收/运移及富集过程，才有可能在寻求减少水稻对汞的吸收、富集的方法和技术等方面取得突破，以实现汞污染区农业绿色生产和降低汞污染区居民汞暴露健康风险。然而，水稻体内无机汞和甲基汞的来源及形态转化过程还认识不清，极大制约了人们对水稻富集甲基汞主要控制因素的把握，给稻田土壤汞污染防治与修复工作带来了极大的挑战。
近期，冯新斌研究员课题组在国家自然科学基金委员会主办的Fundamental Research期刊上发表的一篇论文中，采用单一富集稳定汞同位素示踪技术明确了大气和土壤对水稻各部位无机汞和甲基汞的具体贡献份额。研究发现，除了传统上认为的大气来源，土壤也是稻米中无机汞的重要来源之一，并且这一来源（土壤）在以往的研究中常常被忽视。与无机汞的来源不同，稻米中的甲基汞则主要来源于土壤。在整个生长过程中，水稻可以持续从外界（大气和土壤）吸收无机汞进入体内，但是这部分无机汞在水稻体内不会发生甲基化作用。然而，水稻根部从土壤吸收甲基汞进入体内并向地上部分运移，这部分甲基汞在水稻体内发生了明显的去甲基化作用（图1），该研究进一步推测光致去甲基化过程可能是重要的去甲基化途径。
本研究不仅厘清了水稻植株中无机汞与甲基汞的来源，相关研究成果还为解决汞污染区环境安全问题提供了重要启示：是否可以通过促进水稻体内甲基汞的去甲基化过程来降低稻米甲基汞污染程度，以有效缓解汞污染区居民食用稻米导致的甲基汞暴露健康风险。
图1 水稻植株汞的来源与转化示意图
以上内容节选自期刊Fundamental Research 2021年第3期发表的文章 “J. Liu, B. Meng, A. J. Poulain, et al., Poulain Stable isotope tracers identify sources and transformations of mercury in rice (Oryza sativa L.) growing in a mercury mining area, Fundamental Research 1(3)(2021)259-268 ”。
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作者简介
冯新斌 中国科学院地球化学研究研究员、博士生导师。国家自然科学基金委杰出青年基金获得者、创新群体首席科学家，曾担任国家“973”项目首席科学家。任国际医学地质学会理事、中国矿物岩石地球化学学会秘书长和环境地质地球化学专业委员会主任委员。获贵州省科技进步一等奖2项。主要从事环境中汞、镉、铅等有害重金属元素的生物地球化学循环与人体健康、重金属污染环境修复和非传统元素稳定同位素地球化学的研究。已在相关领域的国内外期刊上发表学术论文500余篇，其中SCI收录文章330余篇，出版专著3部。担任国际期刊Journal of Geochemical Exploration、Science of the Total Environment副主编；Environemtnal Science and Technology、Journal of Environmental Science、Atmosphere等刊物编委。
孟博 中国科学院地球化学研究所研究员、博士生导师，国家自然科学基金委优秀青年科学基金获得者。获中国科学院“院长优秀奖”，贵州省科技进步一等奖1项。主要从事敏感生态系统汞的生物地球化学过程研究，包括：汞在水陆环境中的迁移、转化和归宿等，水陆环境中汞的分子转化机理及界面地球化学过程。在Environmental Science & Technology、Journal of Agricultural and Food Chemistry、Environmental Pollution等环境科学领域重要期刊发表论文40余篇，合著专著2部。
刘江 中国科学院地球化学研究所博士后，获西南大学农学博士学位，曾受国家留学基金委员会资助，赴加拿大University of Manitoba联合培养。研究方向为稻田生态系统汞的生物地球化学循环。
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文章阅读：www.sciencedirect.com/journal/Fundamental-Research
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