核分析技术研究汞在水稻植株内的迁移、转化与蓄积机制

Mercury (Hg), as a global pollutant, exists in various environmental media with variable Hg species. The toxicity of Hg is closely correlated to its chemical forms. Methylmercury (MeHg), the most toxic Hg compound, can be considerably accumulated in the food chain. Recent research indicated that significant MeHg can accumulate in rice, and rice consumption has become the predominant way of MeHg exposure of the human living in Hg contaminated environment. However, investigations on the dynamic processes of the translocation and accumulation of MeHg in rice are still quite limited, and the occurrence of methylation (demethylation) of inorganic Hg (MeHg) in rice also remains largely unknown. In this proposal, the nuclear analysis techniques combined with the key techniques in metallomics research will be applied to investigate the mechanisms of the absorption, transportation and transformation of inorganic mercury and MeHg in the whole rice plant at different growth stages. The mechanism of MeHg accumulation in rice and the possibility of methylation (demethylation) of inorganic Hg (MeHg) in rice itself will be explored employing Hg stable isotopes tracer technique combined with synchrotron radiation analysis. This study will provide scientific reference for alleviating the absorption and transportation of Hg in rice plant and reducing the accumulation of MeHg in rice.

汞是一种全球性污染物，在环境中可以不同形式存在。汞的生物毒性与其化学种态密切相关，其中甲基汞毒性最强，并且可以通过食物链富集到很高的浓度。甲基汞可以在稻米中蓄积，食用大米是我国汞污染地区群众甲基汞暴露的一条重要途径，对居民健康构成潜在威胁。然而对甲基汞在水稻中的迁移、蓄集机制还知之甚少，对于水稻中是否存在汞甲基化和去甲基化目前尚不清楚。该项目中，我们拟利用实验室核分析技术优势，结合金属组学研究方法，研究水稻生长周期间对无机汞和甲基汞的吸收、转运和转化过程及机制。利用稳定汞同位素示踪结合同步辐射技术分析稻米中无机汞和甲基汞的富集途径，探究水稻本身汞甲基化和去甲基化的可能性。项目的开展将可以为调控水稻对汞的吸收、转运以及降低稻米中甲基汞的富集提供科学依据。

汞是一种全球性重金属污染物，其毒性与其化学形式密切相关，其中尤以甲基汞的毒性最强，并且可以通过食物链富集到很高浓度。据报导，甲基汞可以在稻米中蓄积，而稻米是我国约2/3人口的主要粮食作物，因此食用稻米是我国汞污染地区居民汞暴露，尤其是甲基汞暴露的一条重要途径，对居民健康构成潜在威胁。目前，对于环境中汞的迁移转化研究国内外已有很多报导，然而对于汞，尤其是甲基汞在水稻中的迁移、转化和蓄积过程及其机制还不甚明了。鉴于水稻之于我国居民的重要性，本项目充分依托中国科学院高能物理研究所核分析技术优势，结合常规的汞分析手段如ICP-MS等，和蛋白质组学技术，研究了无机汞和甲基汞在水稻中的吸收、转运、转化和蓄积过程，并且据此分析了其可能的解毒机制。所获研究进展，1）水稻根表铁膜的形成可以显著降低水稻对无机汞和甲基汞的吸收、转运和蓄积，对甲基汞的阻抑作用更加显著；2）发展了1,2DE-SRXRF原位定量分析金属作用蛋白质中目标金属含量的方法，对于快速筛选分析水稻各组织中的汞作用蛋白、汞解毒机理提供有力手段；3）利用1, 2DE-SRXRF结合ESI-MS技术解释了水稻中硒汞拮抗作用的分子机理；4）发现甲基汞暴露水稻在生长过程中存在显著的甲基汞去甲基化，而不存在无机汞甲基化现象。项目所获研究成果，对于有效调控水稻对汞的吸收、转运以及降低稻米中甲基汞的富集提供了科学依据，对于降低我国汞暴露地区居民由于食用稻米引起的汞尤其是甲基汞暴露风险提供了新的思路。