两个品种水稻对砷的吸收富集与转化特征及其健康风险

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第30卷第4期环境科学学报Vol.30,No.42010年4月ActaScientiaeCircumstantiaeApr.,2010王玲梅,韦朝阳,杨林生,等.2010.两个品种水稻对砷的吸收富集与转化特征及其健康风险[J].环境科学学报,30(4):832-840WangLM,WeiCY,YangLS,etal.2010.Arsenicaccumulationandspeciationintworicevarietiesandrelatedhealthrisks[J].ActaScientiaeCircumstantiae,30(4):832-840两个品种水稻对砷的吸收富集与转化特征及其健康风险1,21,313王玲梅,韦朝阳,杨林生,段桂兰1.中国科学院地理科学与资源研究所,北京1001012.中国科学院研究生院,北京1000493.中国科学院生态环境研究中心,北京100085收稿日期:2009206224修回日期:2009207202录用日期:2010201219摘要:以2个水稻品种威优402号和Ⅱ优416号为实验材料,采用温室栽培方法研究对比两个品种水稻在人工添加砷处理(0、10、20和40-1)和模拟自然砷污染(贵州高砷土和北京褐土的混合土,质量比为1∶1)胁迫条件下的生长发育状况,分析砷在水稻不同部位的累积、形mg·kg态转化及其健康风险.砷处理显著地抑制了两个品种水稻的生长,水稻地上与地下部生物量、株高和穗数随砷处理水平的提高均出现明显的下降,但Ⅱ优416号的下降幅度明显低于威优402号.两个品种水稻籽粒中砷含量随砷处理水平提高也显著升高,人工添加砷各处理条件下,两-1个品种水稻稻谷中砷含量没有显著性差异;而在模拟自然砷污染土中,Ⅱ优416号稻谷中砷含量平均值为0.062mg·kg,明显低于威优402-1-1)出现显著的升高,而在其他处理条件下保持号稻谷平均值的0.278mg·kg.两个品种水稻各部位砷的转运系数在低砷处理时(10mg·kg不变.无论何种水稻品种,水稻各部位砷形态的组成和比例无显著性差异,水稻根、茎、叶中主要为无机砷,稻谷中无机和有机砷各占60%和40%.依据WHO相关建议标准,种植水稻品种Ⅱ优416号的健康风险要明显低于种植威优402号.关键词:三价砷;五价砷;一甲基砷;二甲基砷;盆栽实验文章编号:025322468(2010)042832209中图分类号:X144文献标识码:AArsenicaccumulationandspeciationintworicevarietiesandrelatedhealthrisks1,21,313WANGLingmei,WEIChaoyang,YANGLinsheng,DUANGuilan1.InstituteofGeographicSciencesandNaturalResourcesResearch,ChineseAcademyofSciences,Beijing1001012.GraduateUniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing1000493.ResearchCenterforEco2environmentalSciences,ChineseAcademyofSciences,Beijing100085Received24June2009;receivedinrevisedform2July2009;accepted19January2010Abstract:Arsenicistoxicandcarcinogenic,soconsumptionofarsenicaccumulatedricemayproduceserioushealthrisks.Ricevarieties(OryzasativaL.)thataccumulatetheleastarsenic,especiallyinthericegrain,aredesired.Tworicevarieties,namedWeiyou402(WY)andEryou416(EY)were-1selectedtogrowinarsenicspikedsoils(0,10,20and40mg·kgarsenic)and“natural”arsenicsoils(1∶1ofgeogenichighlevelarsenicsoilfromGuizhouprovinceandsiltloamsoilfromBeijing)inagreenhouse,tocomparetheirarsenicuptake,accumulation,speciationandrelatedhealthrisks.Arsenicwasfoundtogreatlyinhibitthegrowthofthetworicevarieties,includingthebiomassofshootsandroots,plantheightandthenumberofspikes,however,EYwaslessaffectedthanWYbythearsenictreatments.Arsenicinricegrainincreasedwiththeadditionofarsenicinsoils,bothinWYandEY,withnodifferencebetweenthetwovarieties;however,innaturalarsenicsoils,EYaccumulatedsignificantlylessarsenicinricegrainthanthatof-1-1),WY,withaveragearseniccontentsmeasuredas0.062and0.278mg·kgforEYandWY,respectively.Underlowarsenictreatment(10mg·kgmorearsenicwastranslocatedfromrootstostalksandleaves,whereasnochangeswerefoundfortheseinotherarsenictreatments.Theconstitutionandproportionofarsenicspeciesindifferentpartsofthetworicevarietiesweresimilar,onlynon2organicarsenateandarsenitewerefoundinroots,stalksandleaves,whileinthericegrainsorganicarsenic,includingMMAandDMA,occupied40%ofthetotalarsenic.WesuggestplantingEYriceinsteadofWY基金项目:国家“十一五”计划科技支撑项目(No.2006BAJ05A08);国家重点基础研究发展计划(973)(No.2008CB418201)SupportedbytheNationalKeyTechnologiesR&DProgramofChinaduringthe“11thFive2YearPlan”Period(No.2006BAJ05A08)andtheMajorStateBasicResearchDevelopmentProgramofChina(973)(No.2008CB418201)作者简介:王玲梅(1984—),女;3通讯作者(责任作者),Tel:+86-10-64889465,E2mail:weicy@igsnrr.ac.cnBiography:WANGLingmei(1984—),female;3Correspondingauthor,Tel:+86-10-64889465,E2mail:weicy@igsnrr.ac.cn 4期王玲梅等:两个品种水稻对砷的吸收富集与转化特征及其健康风险833inminingareasinordertoreducethehealthrisksofarsenic.Keywords:arsenate;arsenite;MMA;DMA;pottrials为矿区水稻种植的品种选用提供科学依据.1引言(Introduction)2材料与方法(Materialsandmethods)近年来,由砷污染而导致的地方性砷中毒已经成为全球,特别是东南亚地区的一种重要的流行疾2.1试验处理-1病(Meharg,2004;Smithetal.,1998).含砷地下水供试土壤为北京褐土(砷含量6.81mg·kg)-1灌溉与金属矿产资源的开发利用导致严重的土壤和贵州高砷土(砷含量257mg·kg).北京褐土取砷污染,严重威胁着人类的健康;通过土壤2作物系自中国科学院地理科学与资源研究所通州节水灌统的食物链间接摄入是人体砷暴露的重要途径之溉试验站麦地,将其作为人工添加砷处理土壤和对一(Mehargetal.,2003a;2003b;郭朝辉等,2004).照土壤;砷以砷酸氢二钠(Na2HAsO4·7H2O)的形式我国湖南等地的矿区土壤砷污染十分严重-1-1,而土壤加入,设对照(未添加砷)、10mg·kg、20mg·kg中重金属污染修复一般周期长、投入成本高-1;鉴于和40mg·kg4个处理水平.贵州高砷土取自贵州矿区的经济发展需要和土壤修复高成本之间的矛金矿矿区高砷背景土壤,由于质地粘重,将北京褐盾,在现阶段,通过筛选低砷富集的水稻品种的方土与贵州高砷土按1∶1比例混合,构成本实验所需法有可能减少砷在植物籽粒和秸秆中的累积,降低的自然“含砷土壤”.供试土壤的理化性质列于表砷污染的健康风险,达到与土壤修复相近的效果.1.实验盆钵为塑料盆,内径21cm,高24cm.每盆装本实验选择湖南矿区典型水稻品种威优402号过筛风干土5kg;将溶解的砷溶液加入到少量土中,和另一常见水稻品种Ⅱ优416号进行温室全生育期再与盆中土充分混匀;同时每盆中加入底肥N栽培.通过对水稻产量、干物质生产量、砷在各部位110g,P2O50.75g,K2O1.0g;用去离子水灌溉,淹水的含量、砷的形态等指标比较砷在两个品种水稻各平衡20天.部位的富集与转化特征,以期从降低健康风险角度表1供试土壤理化性质Table1ThephysicalandchemicalpropertiesofsoilspH有机质/土壤质地砷含量/全氮/有效磷/有效钾/供试土壤(CaCl)(g·kg-1)(mg·kg-1)(g·kg-1)(mg·kg-1)(mg·kg-1)2粘粒粉粒砂粒北京褐土7.5913.10.41%59.64%39.95%6.811.010.195.8a6.9921.828.23%62.16%9.60%131.91.513.2138.9混合土注:a为贵州高砷土和北京褐土等量混合而成的模拟“自然”砷污染土.2.2供试水稻育种及移栽HCl溶液调节营养液pH值至5.5(Trostleetal.,实验于2008年4～9月在玻璃温室中进行.供2001).选取粗壮均匀的幼苗,移栽至不同砷处理的试水稻品种之一为湖南矿区当地普遍种植的品土壤盆钵中;每盆2穴,每穴1株,每处理设4个重种———威优402号,杂交稻种;另一水稻品种为Ⅱ优复.用去离子水灌溉,实验期间各盆保持2cm水深.416号,杂交稻种,属湖南省2004年审定水稻品种,2.3样品采集及预处理也适合在我国南方地区栽培.水稻收割前10天停止灌水,于成熟期收获水稻选取籽粒饱满、均匀的水稻种子,用30%双氧样品.先用卷尺测量各盆水稻株高,然后用剪刀收水浸泡消毒15min,去离子水清洗.置4℃恒温箱中获地上部分;收获时留茬3～4cm,以防止土壤中砷过夜催芽后播种于湿润的珍珠岩上,维持一定的湿污染水稻茎叶.收获稻穗,记录每盆穗数,然后手工度,生长6周.育苗室光照时间为8:00am至22:00脱粒.将水稻根、茎、叶分开,水稻根部用自来水冲-2-1pm,光强260～350μE·m·s;温度白天28°C,夜洗干净,去离子水淋洗后,冷冻干燥.选择一部分晚20°C;相对湿度为60%～70%.移栽前将小苗移茎、叶剪成2～3cm小段,冷冻干燥,其余部分茎叶至1/4的水稻营养液中培育1周,营养液配方参考于50℃下烘干;将两部分茎叶分别称重,结果相加-1文献(Zhuetal.,1999);用0.1mol·L的KOH或计算得出每盆秸秆干物质量.同时称量冷冻干燥后 834环境科学学报30卷的稻根和稻谷重量.冷冻干燥后的水稻根、茎、叶、没有显著性差异;威优402号品种根部生物量在添-1稻谷样品用高速粉碎机粉碎后,装于自封袋中,储加砷处理20mg·kg以下时,根部生物量没有显著-1存在真空干燥器中,低温保存,尽快进行砷总量测性差异,而在40mg·kg和模拟自然砷污染土处理定和形态分析.中,根部生物量与对照相比显著下降,仅为对照的2.4实验室分析50%左右(表2).2.4.1砷含量测定采用冷冻干燥后粉碎的水稻水稻秸秆收获量随着土壤砷处理水平的提高-1根、茎、叶、稻谷样品进行砷含量测定.样品用硝酸而显著下降(p<0.001),40mg·kg砷处理条件下,+高氯酸(V/V=10∶1)进行消解,氢化物发生原子Ⅱ优416和威优402号秸秆收获量与对照相比分别荧光光谱法(HG2AFS)测定.采用空白样品、平行样下降了49.6%和71.0%.同时,Ⅱ优416号的秸秆品及国家标准物质杨树叶(GBW07604)进行分析收获量显著高于威优402号(p<0.001),平均高出质量控制.约46%(表2).-12.4.2砷形态测定选择盆栽试验20mg·kg处随着添加砷处理水平的升高,两个品种水稻稻理水平的水稻根、茎、叶、稻谷样品进行砷形态测谷收获量均减小(模拟自然砷污染土处理除外).在-1定.采用三氟乙酸(TFA)(Abedinetal.,2002b)提低砷处理(<20mg·kg)条件下威优402号稻谷收取水稻各部位的砷形态,利用HPLC2DRC2ICP2MS获量显著高于Ⅱ优416号,而在高砷处理(40-1进行4种形态砷化合物,包括三价砷、五价砷、一甲mg·kg)时,两个品种水稻稻谷产量无显著性差异-1基砷和二甲基砷含量的测定.(p>0.05).较对照而言,高砷处理(40mg·kg)时,2.5数据统计分析威优402号和Ⅱ优416号稻谷产量分别下降了采用SPSS13软件对数据进行统计分析,用双6513%和45.6%.在模拟自然砷污染土处理中,Ⅱ因素方差法分析水稻品种和不同砷处理水平对水优416号品种稻谷产量高出威优402号1/3左右稻各生长指标的影响;单因素方差法分析土壤砷处(表2).理水平对两个品种水稻富集砷的影响,以及20随着砷处理水平的提高,两个品种水稻对砷毒-1-1mg·kg砷处理水平下水稻各部分砷形态含量的差害的响应有所不同.威优402号在10mg·kg和-1异.采用两独立样本t检验方法分析两个品种水稻20mg·kg两个低砷处理时株高并无显著下降,但各部位砷含量的差异.在高砷处理时株高出现显著下降.Ⅱ优416号在-110mg·kg处理和模拟自然砷污染土处理时,水稻3结果(Results)-1株高与对照没有显著差异,而在20mg·kg和40-13.1土壤砷含量对水稻生长的影响mg·kg砷处理水平时水稻株高下降显著(表2).两在水稻生长过程中,随着土壤砷处理水平的升个品种水稻在低砷处理时穗数没有显著变化,而在-1高,两个品种水稻的各生长指标发生变化,但均未高砷处理(40mg·kg)时,其水稻穗数与对照相比出现明显的中毒症状.水稻移栽1个月内,威优402下降了40%左右(表2).号生物量明显高于Ⅱ优416号;而移栽两个月后,Ⅱ3.2水稻对砷的积累与转运特征优416号生物量反超威优402号;水稻收获后,其基水稻对重金属的吸收富集虽然因土壤砷处理本生长指标如表2所示.水平,水稻品种不同而有所差异,但砷含量在水稻土壤添加砷处理水平对水稻的各生长指标均各器官中的分配基本遵循根>茎>叶>稻谷的规产生显著影响,而品种对各指标(除穗数外)也影响律;从水稻根部吸收的砷分配到籽粒中的量很少,显著.土壤添加砷处理与品种两者之间的交互作用威优402号水稻籽粒中砷的含量仅为根含量的对根重和秸秆重影响不显著,而对其他3个指标影1/541,茎含量的1/40,叶含量的1/24;Ⅱ优416号响显著(表2).水稻籽粒中砷的含量仅为根含量的1/610,茎含量水稻根系的生物量与土壤砷处理水平显著相的1/18,叶含量的1/23.关(p<0.05),与水稻品种显著相关(p<0.001).就不同品种水稻对砷的吸收富集能力不同,水稻品种而言,Ⅱ优416号根系生物量显著高于威优根部砷吸收量随着土壤砷处理水平的提高而升高.402号.Ⅱ优416号根部生物量在各砷处理水平下在高砷处理条件下,威优402号富集砷的能力明显 836环境科学学报30卷-1高于Ⅱ优416号.威优402号水稻在高砷处理(40照的12倍,砷含量达216mg·kg;威优402号在高-1mg·kg)时根部富集砷是其对照的15倍,根中砷砷处理条件下根部砷吸收量是Ⅱ优416号的1.5倍-1含量达329mg·kg;Ⅱ优416号根中砷含量则为对(图1a).图1土壤砷处理水平对水稻各部分富集砷的影响(注:不同小写字母表示同一品种不同处理间有显著性差异(p<0.05);不同大写字母表示不同品种同一处理水平之间有显著性差异(p<0.05),样本数n=4.混合土为贵州高砷土和北京褐土等量混合而成的模拟“自然”-1))砷污染土(砷含量131.9mg·kgFig.1Effectofarsenicontheaccumulationofarsenicinriceroots,stalks,leavesandgrain(barsaremeansandstandarderrorofmeans,n=4,thedarkandgraybarsrepresentRiceEryou416andWeiyou402,respectively)-1水稻叶中砷的含量范围在0.77～12.00号稻谷砷含量范围为0.068～0.450mg·kg.模拟-1-1mg·kg,在40mg·kg砷处理水平下,威优402号自然砷污染土处理中,Ⅱ优416水稻稻谷砷含量为-1叶中砷的含量比Ⅱ优416号高出30%(图1b).水稻0.062mg·kg,显著低于威优402号的0.278-1-1茎中砷的含量范围在0.42～20.19mg·kg,茎中mg·kg(p<0.05),(图1d).砷含量随着土壤砷处理水平升高而增加;在403.3土壤砷含量对水稻各部位砷转运系数的影响-1mg·kg砷处理中,Ⅱ优416和威优402号水稻茎中转运系数是指地上部某元素质量分数与地下砷含量分别为其对照的4.7倍和11.2倍.除对照部某元素质量分数之比,用来评价植物将重金属从外,相同砷处理条件下两个品种水稻茎中砷含量差地下部向地上部的运输和富集能力(聂发辉,异显著,Ⅱ优416号各处理条件下茎中砷含量显著2005).从不同砷处理水平水稻各部分的转运系数低于相应处理的威优402号,威优402号茎中砷含可以看出,稻谷中砷的转运系数随着土壤添加砷浓量比Ⅱ优416号平均高出4倍之多(图1c).度的增加而减小(图2).而茎、叶的转运系数在低砷-1除模拟自然砷污染土处理外,相同处理时两个处理(10mg·kg)时则有显著增高的现象;而在其品种水稻稻谷中砷含量差异不显著,威优402号稻他各处理之间,水稻砷的转运系数基本保持不变.-1谷砷含量范围为0.112～0.498mg·kg,Ⅱ优416就不同水稻品种而言,Ⅱ优416号稻谷砷的转 4期王玲梅等:两个品种水稻对砷的吸收富集与转化特征及其健康风险837运系数在对照处理条件下高于威优402号,而在其态含量分析测定,方差分析结果未显示两个品种水他砷处理条件下,两水稻品种差异不显著;各处理稻各部位砷形态组成存在基因型差异.条件下威优402号茎中砷的转运系数均高于Ⅱ优在水稻各部位,As(Ⅲ)所占比例大小为茎>叶-1416号;在土壤砷处理10mg·kg条件下,威优402>根>籽粒;As(Ⅴ)所占比例大小顺序则为根>籽号叶中砷转运系数显著高于Ⅱ优416号,但当砷处粒>叶>茎,茎中As(V)所占比例最小.而有机砷-1理水平达到20mg·kg时,二者之间差异不显著DMA(一甲基砷)和MMA(二甲基砷)在根、茎、叶中(图2).接近于无.在籽粒中,有机砷总量占40%,其中DMA双因素方差分析显示,两个品种水稻在稻谷、和MMA分别占25.96%和13.66%(图3).叶中砷的转运系数间没有显著差异(F分别为01265、2.135,p值分别为0.154、0.610);而在茎中则有显著性差异(F值为37.962,p值为0.000).图3水稻根、茎、叶和籽粒中的砷形态(三氟乙酸提取)(a.Ⅱ优416号;b.威优402号)Fig.3Arsenicspeciationindifferentricetissues(roots,stalks,leavesandgrain)usingtrifluoroaceticacid(TFA)extraction(a.RiceEryou416;b.RiceWeiyou402)图2土壤砷处理水平对水稻各部分转移系数的影响4讨论(Discussion)Fig.2Thevaluesoftranslocationfactorsinricestalks,leavesandgrain(thesolidanddashedlinesrepresentRiceEryou416and4.1砷对水稻生长的影响Weiyou402,respectively)本研究通过人工添加砷处理和模拟自然砷污染土研究两种品种水稻的生长、砷的吸收富集和转3.4水稻各部位砷形态变化运特征以及砷形态转化特征.实验设计中,最高砷-1选择20mg·kg砷处理水稻各部位进行砷形-1处理水平设置为40mg·kg,在此处理条件下水稻 838环境科学学报30卷全生长过程中未观察到明显的中毒现象,但与对照的砷大部分储存在根表铁膜或者根细胞中(Liu相比,稻谷平均产量下降了56%,其余生长指标(株etal.,2006);进入根细胞中的砷,大部分则滞留在高、秸秆收获量、穗数)等也均显著低于对照.水稻根中,还有一部分可随着原生质的流动运移到临近在高砷胁迫下会出现“直头病”(属一种水稻生理紊的细胞,并通过细胞间的运输,横穿过根的中柱鞘乱症,在水稻成熟的时期,稻穗为空但保持向上状输送到导管中,随作物的蒸腾作用向地上部分运态),导致水稻产量下降,甚至死亡.Rahman等移,从而累积在作物的茎叶和籽粒之中.因此,筛选-1(2008)通过实验研究发现,人工添加砷60mg·kg根系吸收砷少的水稻品种也是控制“砷米”的一个是水稻砷中毒(“直头病”)的临界水平,超过此水平重要途径.水稻不同品种之间吸收砷存在差异的原会导致水稻植株的死亡.本研究中各处理条件下水因可能是:①根系的氧化能力不同导致沉积的铁氧稻均收获了稻谷,未出现“直头病”,因此,用本实验化物膜数量不同,从而影响了水稻对砷的吸收和转获得的各项数据探讨不同品种水稻对砷的吸收富运;②排除铁氧化物膜的作用,可能是由于不同水集与转化特征是适宜的.稻品种本身对砷的吸收与转运能力的不同(刘文菊水稻品种Ⅱ优416号根系生物量在各土壤砷处等,2006).理间没有显著差异.威优402号根系生物量在10砷形态分析结果表明,两个品种水稻各部位砷-1mg·kg时最高,随着土壤砷处理水平的提高,其根形态所占比例没有显著性差异.在土壤添加As(Ⅴ)-1系生物量开始下降.在低砷(10mg·kg)处理条件条件下,水稻根系中含有大量的As(Ⅲ),这主要是下,砷促进了威优402号根系的生长,但却抑制了其由于水稻生长特殊的环境条件所决定的.在淹水的地上部分的生长(表2).刘文菊等(2006)和刘志彦还原条件下,砷会发生由As(Ⅴ)向As(Ⅲ)转化的等(2008)在水培条件下也得到类似的结果.这可能趋势,在土壤淹水状态下,As(Ⅲ)占主导地位是由于As(Ⅴ)与磷(P)在化学性质上非常类似,在(Onkenetal.,1995;Takahashietal.,2004).土壤中也具有相似的理化性质,As(Ⅴ)可与P竞争Meharg等(2002;2003a)对水稻吸收砷的研究发土壤中的吸附点位,使更多的P释放出来,从而提现,水稻通过P通道吸收As(Ⅴ),通过水通道吸收高了P的植物有效性,促进了作物的生长(JacobsAs(Ⅲ).本实验发现在水稻根系中只含有As(Ⅲ)etal.,1970).和As(Ⅴ)(图3),这与Quaghebeur等(2003)的报在土壤各水平添加砷处理条件下,两个品种水道一致,他们发现绒毛草(Holcuslanatus)根部也只稻秸秆的生物量与对照相比均明显减少,这可能是含有As(Ⅲ)和As(Ⅴ).在水稻茎叶中,As(Ⅲ)在由于水稻株高以及有效分蘖数减少的缘故(表2).总砷中所占比例最大,这可能与植物体自身的解毒Abedin(2002a)和Marin(1993)也得出相同的结论.功能有关,因为As(Ⅴ)的存在会与细胞内的P竞而Onken和Hossner(1995)在沙土中的研究表明,争,并干扰植物体内ATP循环,As(Ⅲ)的存在对植-1水稻在添加5mg·kg五价和三价砷时,其秸秆生物物相对有利(Meharg,1994).还有研究发现,植物根量却高于对照,这可能与砷对植物的低剂量刺激效系从土壤中吸收As(Ⅴ),在根中还原为As(Ⅲ)-1应有关.本实验发现低砷处理水平(10mg·kg)对(Pickeringetal.,2000).-1水稻株高没有显著影响,而高砷(40mg·kg)处理4.3水稻砷累积的健康风险则显著降低水稻株高(表2).本实验未发现砷的低水稻砷累积健康风险(考虑稻谷和秸秆)主要浓度刺激效应,可能与砷处理水平相对较高和供试取决于①砷的含量、②砷的形态、③砷在人体或者土壤的理化性质有关.动物体内的运移转化(Abedinetal.,2002a).本实4.2水稻对砷的积累与转运特征的影响验主要研究了前两方面的内容,第三方面内容有待Ⅱ优416号水稻根系吸收的砷在各处理水平下于毒理学实验等方面的深入研究.都低于威优402号,特别是在高砷处理条件下(40稻谷中砷的总量随着土壤添加砷处理水平的-1mg·kg),威优402号根部吸收砷含量为Ⅱ优416提高而增加,但其砷总量未超过国家粮食标准限量号的1.5倍(图1a),且Ⅱ优416号在茎、叶和稻谷值(GB4810-1994).由于无机砷的毒性比有机砷中砷的转运系数也小于威优402号.砷进入土壤后,的毒性大很多,所以食品中有机砷和无机砷的比例作物可通过根系代谢吸收土壤中的砷,被水稻吸收的多少也是评价砷健康风险的一个重要因素. 4期王玲梅等:两个品种水稻对砷的吸收富集与转化特征及其健康风险839Juhasz等(2006)研究发现,无机砷的生物利用度为的砷威胁,而品种Ⅱ优416号则相对来说比较安全.100%,而有机砷的生物利用度则比较低,因此,含无Abedin等(2002b)研究发现,秸秆中主要含有机砷比较多的水稻其毒性也相对比较大.以下仅考As(Ⅲ)和DMA,但在本研究中,水稻茎、叶中砷的虑无机砷的毒性,假设每个人每天摄入0.42kg稻主要形态仍然是无机砷,这可能与砷的来源性质有米,按照WHO推荐成年人每天摄入砷限制量2关(Zhuetal.,2008).英国规定,用于喂牛的秸秆-1-1μg·kg,则成人每天允许摄入的稻米中砷的含量中的砷含量不得超过0.2mg·kg(Nicholson-1为285.7μg·kg(体重按照60kg计).以实验中etal.,1999).Feldmann等研究发现,给绵羊喂食甲-140mg·kg砷处理收获的水稻稻谷来看,威优402号基砷,在其肌肉和奶中检测出很高含量的砷,而如-1稻谷总As含量383μg·kg,Ⅱ优416号稻谷总As果喂食海藻(含有大量的砷胆碱),在羊肉中则未发-1现高含量的砷含量273μg·kg;两个品种水稻中砷的形态比例均,反而在脂肪中检测出高含量的砷为无机砷占60%,有机砷占40%,两个水稻品种中(Feldmannetal.,2000).Bruce(2003)等发现在尾砷的含量均未超出标准.但如果按照我们前期野外砂库围场上放牧的牛的肝脏中出现砷的富集,其实采样测定结果(王玲梅等,2009),总砷含量均值为验观察期为240d,尽管砷富集剂量还未引起牛的慢-1性中毒现象,但如果长时间暴露,牛体内将会富集1320μg·kg,以无机砷60%计算,其平均含量为792μg·kg-1,超过指导限制值的1.8倍,矿区居民长更多的砷.虽然目前仍无研究报道计算出牛的急性期食用这种稻米,将会产生极大的健康风险.和慢性砷中毒阈值,但在高砷污染条件下,用含砷我国在2005年后更改了食品中砷的标准,规定秸秆喂养牲口的健康风险也是不容忽视的.-1大米中无机砷的含量标准为150μg·kg(GB27622致谢:课题组成员朱雁鸣、冯人伟协助部分实验工作,特此2005).因此,按照现行标准进行评估,从土壤砷添-1致谢!加20mg·kg砷处理收获的水稻籽粒来看,威优-1402号水稻籽粒总As含量279μg·kg,Ⅱ优416号责任作者简介:韦朝阳(1965—),男,博士,副研究员.主持-1水稻籽粒总As含量201μg·kg,按照总砷含量两和参加多项国家自然科学基金、国家“863”重点、国家科技籽粒中砷的形态比例无机砷占60%计算,威优402支撑计划和国家重点基础研究发展计划(973计划)等项目,号水稻籽粒无机砷含量超标,Ⅱ优416号水稻籽粒目前侧重重金属生态与健康风险评估及重金属污染土壤植-1无机砷含量则未超标.而从40mg·kg砷处理水稻物修复研究.的籽粒砷含量来看(见上段),两个水稻品种总砷含参考文献(References):量均超标;但是Ⅱ优416号无机砷含量为164-1AbedinMJ,Cotter2HowellsJ,MehargAA.2002a.Arsenicuptakeandμg·kg,超标9.3%,威优402号无机砷含量则为-1accumulationinrice(OryzasativaL.)irrigatedwithcontaminated230μg·kg,超标53%,而野外实际样品则超标water[J].PlantSoil,240:311—319430%.以上考虑的是成年人的砷暴露情况,而矿区AbedinMJ,CresserMS,MehargAA,etal.2002b.Arsenic居民中婴儿和儿童在如此高砷水平暴露下,其健康Accumulationandmetabolisminrice(OryzasativaL.)[J].风险会更大.特别是在传统的婴儿喂养米汤的情况EnvironmentalScience&Technology,36(5):962—968下,米中的无机砷将转移到米汤中,对婴儿产生更BruceSL,NollerBN,GriggAH,etal.2003.Afieldstudyconducted为严重的健康威胁.atKinstongoldminetoevaluatetheimpactofarsenicandzincfromminetailingtograzingcattle[J].ToxicolLett,137:23—24人们通常用秸秆来饲养牲畜,砷可以通过植物2FeldmannJ,JohnK,PengprechaP.2000.Arsenicmetabolismin动物2人的食物链在人体内富集,对人体造成潜在的seaweed2eatingsheepfromNorthernScotland[J].Fresenius危害(Abedinetal.,2002b).按照澳大利亚现有食JournalofAnalyticalChemistry,368:116—121-1品健康标准指导值1mg·kg(鲜重)计算,假设水郭朝辉,朱永官.2004.典型矿冶周边地区土壤重金属污染及有效性稻秸秆中水分占90%,水稻秸秆中砷的限制值就是含量[J].生态环境,13(4):553—555-1GuoZH,ZhuYG.2004.Contaminationandavailablecontentsofheavy10mg·kg.对比两个水稻品种可以发现,Ⅱ优416metalsinsoilsinthetypicalminingandsmeltingcircumjacent号茎叶在各处理水平下砷含量均未超过标准,而威districts[J].EcologyandEnvironment,13(4):553—555(in优402号则都超过了此标准限值.由于砷的累积,当Chinese)地矿区普遍种植的水稻品种威优402号存在着严重JacobsLW,KeeneyDR,WalshLM.1970.Arsenicresiduetoxicityto 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