基于稳定同位素示踪技术研究水稻体内汞的来源

An active mercury mine-the Xunyang mercury mine situated in Shaanxi Province will be selected in this study. On one hand, four groups of experimental plantations will be utilized, distributed among a cinnabar ore retorting site and a regional background control site; inorganic mercury and methylmercury concentrations in specific tissues of rice plants experiencing various levels of mercury multisourece pollution during a full rice growing season will be monitored to investigate the influence of atmospheric and soil on the accumulation of mercury species in rice plant. On the other hand, five groups of field pot experiments with differing atmospheric Hg characteristics will be carefully designed based on the stable isotope addition technique; concentrations and distributions of inorganic mercury and methylmercury isotopes both in tissues of rice plant and corresponding soil samples during a full rice growing season will be determined 1) to quantitatively evaluate the contribution of atmospheric and soil Hg species to tissues of rice plant and 2) to trace the porcess of uptake and translocation of Hg by rice plant. The current study will 1) become a great breakthrough on the mechanism of inorganic mercury and methylmercury accumulation in rice plant; 2) supply the new theory foundation for understanding the interaction between Hg and plant in the supergene environment.

选择目前我国唯一仍在大规模开采冶炼的汞冶炼活动区-旬阳汞矿为研究区域，采用野外盆栽实验，基于析因设计方案，人为控制水稻生长环境（大气和土壤汞含量），通过分析水稻植株、土壤和大气中无机汞和甲基汞的含量及分布特征，研究大气和土壤对水稻富集无机汞和甲基汞的独立及交互影响；在大气汞不同浓度区域开展野外盆栽实验，基于单一富集稳定汞同位素示踪技术，通过分析不同生长阶段水稻各部位及对应土壤中无机汞和甲基汞同位素含量，对水稻不同部位无机汞和甲基汞的来源进行定量，并开展水稻对无机汞和甲基汞吸收、运移及富集过程的示踪研究。通过本项目的开展，将明确不同来源对水稻各部位无机汞和甲基汞的具体贡献份额、揭示大气和土壤对水稻富集无机汞和甲基汞的独立及交互影响、阐明水稻对无机汞和甲基汞的吸收、运移及富集过程，为典型区域表生环境中汞的次生富集与生物放大机制认识提供重要理论依据和数据支撑。

汞矿区稻米中富含甲基汞是一个普遍的现象，进食稻米已成为矿区居民甲基汞暴露的主要途径。因此，稻米甲基汞污染对人体健康的影响不容忽视。水稻体内无机汞和甲基汞的来源认识不清,使我们在探索水稻对汞的富集机理，寻求减少水稻对汞的吸收、富集的方法和技术的过程中受到了极大的阻碍。本项目的主要研究目标包括：1）揭示大气和土壤对水稻富集汞的独立及交互影响机制及贡献份额；2）阐明水稻对无机汞和甲基汞的吸收、运移和富集机理。采用野外盆栽实验，基于析因设计方案，人为控制水稻生长环境（大气和土壤汞含量），研究大气和土壤对水稻富集汞的独立及交互影响；在汞污染区开展野外盆栽实验，基于单一富集稳定汞同位素示踪技术，对水稻不同部位无机汞和甲基汞的来源进行定量，并开展水稻对无机汞和甲基汞吸收、运移和富集过程的示踪研究。研究结果表明，水稻不同部位（根、茎、叶、壳、精米和米皮）无机汞同时来源于大气和土壤。其中，土壤对水稻根部无机汞贡献最大，其次为茎、精米。相比之下，土壤对水稻叶、米壳和米皮部位无机汞的贡献非常小。水稻不同组织部位（根、茎、叶、壳、精米和米皮）甲基汞全部来源于土壤。水稻生长期间，水稻体内（主要为茎部和叶部）存在明显的去甲基化作用；但是，水稻体内并没有发生明显的甲基化作用。上述研究成果为典型区域表生环境中汞的次生富集与生物放大机制认识提供重要理论依据和数据支撑。