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汪鹏教授课题组揭示稻田土壤中毒性砷化合物(二甲基一巯基砷)的动态变化规律和作用机制

发布时间:2021-07-02 点击次数:

稻米是人体无机砷摄入的主要来源,而砷在水稻土中的化学形态多样,且不同形态砷的毒性及生物有效性截然不同。因此,水稻土中不同形态砷的迁移转化过程对水稻籽粒中砷的积累及其安全具有重要意义。近期的一些研究发现稻田土壤中除了存在无机砷(如无机三价砷及五价砷)与甲基砷[如一甲基砷及二甲基砷(DMA)]外,还广泛存在着巯基砷化合物,包含无机巯基砷及甲基巯基砷,其中二甲基一巯基砷(DMMTA)具有高毒性。然而目前关于二甲基一巯基砷在稻田土壤中的生物地球化学过程及其在稻米中的积累等尚不清楚。

图1.稻田土壤中二甲基一巯基砷(DMMTA)的动态变化

近日,我院汪鹏教授课题组首先合成了甲基巯基砷标准物质,建立了利用传统的高效液相色谱串联电感耦合等离子体质谱仪(HPLC-ICP-MS)分析及保存土壤孔隙水中甲基巯基砷种类的方法。利用该方法结合实验室微宇宙培养试验和大田试验,研究了不同砷污染水稻土孔隙水中二甲基一巯基砷的动态变化及籽粒积累。研究发现,淹水条件下,二甲基一巯基砷为土壤孔隙水中主要的甲基巯基砷形态,其浓度占溶解态砷的1 ~ 34%,且其产生及动态变化由DMA控制。通过微生物专性抑制剂,发现DMMTA的产生主要由硫酸盐还原菌介导,而其消亡主要由产甲烷菌介导,即厌氧条件下,土壤中无机砷倾向先甲基化为DMA,再巯基化为DMMTA;在厌氧后期,DMMTA由于产甲烷菌的脱甲基作用而消亡。在好氧条件下,DMMTA会氧化脱巯基化为DMA(图1)。大田试验发现,DMMTA也是大田土壤中孔隙水中主要的甲基巯基砷形态,且DMMTA能在水稻籽粒中积累,施加硫肥和秸秆还田都能导致籽粒中DMMTA增加。这些结果表明,DMMTA是水稻土中重要的砷形态,可在水稻籽粒中积累,会对食品安全和人体健康构成威胁。

该研究成果以“Dynamics of di-methylated monothioarsenate (DMMTA) in paddy soils and its accumulation in rice grain”为标题发表在Environmental Science & Technology上,博士生戴军为该论文第一作者,汪鹏教授为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金及国家重点研发计划项目的资助。

文章链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.1c00133

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