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硫营养通过水稻根表铁膜降低铬的生物有效性

文章来源 :环境工程研究室 作者:杨建军 发布时间: 2019-12-10

图1 施硫促进水稻根表铁膜中Cr富集,降低水稻地上部Cr累积量

       近日,中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所、院青年英才杨建军“分子环境土壤科学”科研团队利用同步辐射技术揭示了硫营养可通过水稻根表铁膜降低重金属铬生物有效性的分子机制。该研究结果对于合理施用硫肥优化水稻根系铁膜结构并防止Cr向水稻体内转移,从而实现超标稻田的安全利用和防止稻米污染具有重要意思。相关研究成果在线发表在《危险废物杂志(Journal of Hazardous Materials)》(影响因子 7.650;  环境工程学科排名第一)上。
       农田土壤重金属污染是中国目前面临的重大环境问题,其中铬(Cr)是我国八种主要重金属污染元素之一。水稻是我国最重要的粮食作物,因此,有效控制重金属在土壤-水稻系统中的迁移对于重金属超标农田的安全利用和防止食物链污染具有重要意义。

图2 同步辐射S的K边XANES揭示施硫处理增加了水稻根表还原态和氧化物硫含量

        施用硫肥可诱导水稻根表形成铁膜,抑制根际重金属的吸收和积累,并通过促进谷胱甘肽和植物螯合素等巯基螯合剂的生物合成来缓解重金属胁迫。然而目前对于硫素通过根表铁膜固定并抑制水稻对Cr(III/VI)吸收的相关机制仍不清楚。本研究比较了在水培条件下,两个水稻品种(Hashemi和Lemont)受到Cr(III和VI)胁迫时,营养液中是否加硫对植株体内Cr生物积累的影响。结果显示,水稻幼苗根表形成铁膜后,与Cr(III)处理相比,在Cr(VI)处理条件下,幼苗体内Cr的运输更为显著。同时,硫处理使水稻对Cr(III)和Cr(VI)的生物利用性均降低,同步辐射X射线吸收精细结构谱(XANES)技术表明硫处理促进铁膜表面还原态和氧化态硫富集,提高了根表铁膜对铬固定的屏障作用。选用高氧化电位水稻栽培品种以及合理施用硫肥可以通过优化水稻根系铁膜结构,阻止土壤中的Cr元素被吸收转运到植株体内,从而有望实现污染稻田的安全利用和防止稻米污染。

       本研究工作得到国家重点研发计划课题、国家自然科学基金大科学装置联合基金项目、国家自然科学基金面上项目、中国农业科学院科技创新工程以及农业农村部农业环境重点实验室基础研究项目资助。
       原文链接:https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2019.121803

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