科學家揭示納米材料調控水稻根系吸收鉛的機制

近期，中國科學院合肥物質科學研究院固體物理研究所環境與能源納米材料中心研究人員在納米羥基磷灰石降低重金屬鉛離子在水稻根系中的遷移及毒性研究方面取得新進展，相關結果發表在Environmental Science: Nano (Environ. Sci.: Nano, 2018, 5, 398-407)上。

土壤中鉛 (Pb) 被水稻根系吸收後，會向地上部轉移，並在籽粒中富集，嚴重影響了稻米的品質和食品的安全。如何減少Pb在土壤-水稻系統中的遷移，並降低其通過食物鏈對人類健康的潛在威脅，一直是困擾科研人員的難題。通過在水稻根部形成可以吸收固定Pb的材料，增強水稻根部對Pb的過濾功能，減少Pb向地上部的運輸，可有效降低籽粒中的Pb含量。

納米羥基磷灰石 (nHAP) 對Pb具有較強的吸附能力，由於在納米尺寸範圍內，它擁有非常大的比表面積和高密度的活性位點，因此被廣泛用於水體和土壤中Pb污染的修復。但是，納米羥基磷灰石在水稻體內的遷移轉化過程及其在水稻根部對Pb的固定機制尚不清楚。

為此，固體所環境與能源納米材料中心研究團隊研究了水培條件下nHAP在水稻根細胞中的傳輸與分布，並探討了nHAP降低Pb在水稻體內的毒性和遷移性方面的機制。研究結果表明，nHAP (20±5 nm)進入水稻根部後可以作為阻擋層捕獲Pb2+，抑制了Pb2+從根部向地上部的轉運，進而降低Pb2+的生物毒害。其固定機制主要體現在通過水稻根細胞中存在的nHAP與Pb2+結合，並將Pb2+轉化為根細胞中的Pb沉積物，一方面減少Pb2+對根部正常生長的干擾；另一方面減少Pb2+向地上部分的遷移，最終達到對Pb2+的固定作用。相關結果不僅為環境納米材料在植物根細胞中固定Pb2+的作用機制提供了理論依據，同時為利用納米技術減少Pb在水稻體內吸收和轉移提供了技術支撐。這項研究對於保證區域農產品安全、提高稻米質量、保障人體健康等都具有重要意義。

該研究工作得到了國家自然科學基金、國家重大研究計劃（納米專項）、中科院合肥大科學中心、安徽省重大專項的資助。

納米羥基磷灰石(nHAP)對Pb2+具有較高的吸附能力，抑制Pb從根向地上部的移動納米羥基磷灰石(nHAP)對Pb2+具有較高的吸附能力，抑制Pb從根向地上部的移動。

來源：中國科學院合肥物質科學研究院

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