稻米中汞的分布特征及赋存状态研究取得重要进展

汞污染区稻米富含甲基汞是一个普遍现象，稻米甲基汞污染对人体健康的影响不容忽视。汞的毒性与其化学结构（分子结构）密切相关，如：二甲基汞衍生物是剧毒物质，硒化汞可在生物体内富集但毒性较小，氯化甲基汞的毒性是半胱氨酸甲基汞的10倍以上。由于甲基汞与巯基（-SH）间具有极强的亲和力，因此，游离的甲基汞（CH₃Hg⁺）在生物体内不会大量存在，而一般是与含有巯基的生物大分子，如与半胱氨酸（Cysteine）、谷胱甘肽（Glutathione）、清蛋白（Albumin）等进行配位，不同的配位方式决定了甲基汞在生物体内的运移行为。例如，与谷胱甘肽配位的甲基汞很难被吸收、运移，表现出生物体对甲基汞的解毒作用；与半胱氨酸结合的甲基汞则易于穿过血脑和胎盘屏障，直接对生物体靶器官产生毒害作用。从分子生物学的角度来看，明确稻米中汞的空间分布特征、化学形态及其结合方式，是全面理解其生物有效性、新陈代谢过程及毒性特征的前提，在汞的毒理学研究领域具有非常重要的理论和现实意义。 

近期，中国科学院地球化学研究所冯新斌研究员所带领的研究团队针对我国西南汞矿区稻米不同部位（米壳、米糠和精米）汞的分布特征和化学形态等问题开展了详细而系统的研究工作。结果表明，稻米中的无机汞主要储存在米壳和米糠中；但是具有高神经毒性的甲基汞则主要位于精米中。因此，在碾米过程中，大量的无机汞（约78%）会随着米壳和米糠的去除而被去除；然而，大多数甲基汞则仍然保留在精米中（约80%）。同步辐射-X射线荧光微区谱学成像（Synchrotron radiation X-ray fluorescence micro-spectroscopy，SR-μXRF）实验表明，相对于胚乳（Endosperm），汞（主要为无机汞）强烈富集在糙米表层—对应为果皮（Pericarp）和糊粉层（Aleurone）（图1）。利用X射线近边吸收谱学技术（X-ray absorption near-edge spectroscopy，XANES）（图2）及主元分析方法(Principal Component Analysis, PCA)，本研究推测稻米中的无机汞主要是与半胱氨酸（Cysteine）结合，并以植物螯合肽（Phytochelatins）的形式存在。因此，这部分无机汞被稻米吸收后很难发生运移，致使其主要富集在糙米表层。同样，稻米中的甲基汞也主要与半胱氨酸结合，但与无机汞不同的是，与半胱氨酸结合的甲基汞主要赋存于蛋白质中，且在水稻生长期间这部分甲基汞会随蛋白质一起发生明显的运移，最终被储存在精米中。本研究在分子水平上，为揭示水稻对无机汞和甲基汞的吸收及富集机理提供了重要的理论支撑。相关研究成果以题为“Localization and Speciation of Mercuryin Brown Rice with Implications for Pan-Asian Public Health”的研究论文在国际著名杂志《环境科学与技术》（ES&T）上发表。 

全文链接：http://pubs.acs.org/doi/ipdf/10.1021/es502000d 

　　图1 糙米（腹部位于右侧）中Hg、Cd和Mn等元素SR-μXRF扫描图（A—纵剖面，B—横剖面） 

　　图2  米糠和标样中汞的L_III边XANES谱对比（实线为标样XANES谱，虚线为米糠XANES谱） 

本研究受国家973项目（2013CB430004）“我国汞污染特征、环境过程及减排技术原理”和国家自然科学基金委项目（41203091，41073098，41073062，11105172）的联合资助。北京同步辐射装置（BSRF）为本研究提供实验机时，X射线荧光微区谱学成像和X射线近边吸收谱分别在北京同步辐射装置4W1B实验站和1W1B实验站完成。实验数据处理与分析得到两个实验站工作人员的共同指导和帮助。

                                                           （冯新斌课题组供稿）