湿地植物挥发汞及调控机制

Wetland plants are important channel for gas exchange (O2,CO2,CH4)between sediment and atmosphere. This project will be aimed at discovering if wetland plants are also a passage way for foliar volatilization of elemental mercury produced in rhizosphere. In view of the unique characterizations (well developed arenchyma for efficient gas transportation and outstanding iron plaque deposited on root surface), capacity for mercury emission from various species will be compared. With manipulation in lab conditions, effects of root architecture, iron plaque and other environmental factors(irradiation,temperature and Hg concentration in rhizosphere) on mercury foliar emission and their mechanisms will be studied in typical wetland plants.Possibilites of in vivo mercury reduction in different tissues will be also addressed. The results will shed a light on a further understanding of Hg behavior and transfer in wetland ecosystem and provide database for natural remediation of Hg contaminated water and sediment.

湿地植物是沉积物与外界环境进行气体(O2、CO2、CH4等)交换的重要通道。本项目以揭示湿地植物是否能成为根际元素汞（Hg0、DGM）向大气挥发的途径为目标，从其最根本的生物学特性（通气组织运输气体、根表铁膜形成）出发，通过室内模拟手段，运用化学检测方法，比较湿地植物叶片挥发根际汞的能力，研究汞挥发能力与物种生物学性状（根、叶形态结构）及环境因素（光照、温度、根际汞浓度）的关系，探索铁膜在根际Hg（II）还原为Hg（0）及Hg0从植物向大气挥发中的作用，揭示湿地植物挥发汞的过程和调控机制。研究结果将进一步深入认识湿地生态系统汞的生物地化循环过程，及为汞污染水体、沉积物的自然修复过程提供科学依据。

湿地植物是沉积物与外界环境进行气体(O2、CO2、CH4等)交换的重要通道。本项目以揭示湿地植物是否能成为根际元素汞向大气挥发的途径为目标，通过室内模拟，研究湿地植物叶片挥发汞的过程、途径及调控因素。以水稻这一典型湿地植物为例，基于研究结果建立了湿地植物汞挥发的过程模型，即在湿地中还原生成的Hg0可以借助湿地植物的通气组织向地上部分运输，并通过气孔由叶片挥发。这个过程受到根系的孔隙度、蒸腾作用强度及叶面积的控制。自然条件的水域，由于存在DOM，在阳光照射下，会促进Hg2+还原为Hg0，并借助植物的通气组织运输至叶片向大气中挥发。除该途径外，离体培养实验证明水稻体内存在还原Hg2+的化学成分，但在活体植株中是否存在，以及是否能还原吸收的Hg2+还需要进一步验证。研究结果揭示了湿地植物挥发汞的过程和途径，进一步深入认识了植物在湿地汞循环中的作用。本研究也是首次用直接证据证明了湿地植物的通气组织是根际中的气态元素汞向地上部分运输的直接通道，首次证明湿地植物的根表铁氧化物膜通过吸附气态元素汞及降低根表面的通透性，对其输送至叶片的挥发过程有抑制作用。由于湿地土壤和水中能产生Hg0，植物的存在能加快汞在湿地中的挥发，可能为受汞污染的湿地系统提供新的修复思路。