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稻田土壤中的能在微生物介导作用下发生甲基化作用

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浏览:- 发布日期:2020-03-25 16:41:29【

砷是一种自然环境中广泛存在且有剧毒的类金属元素。砷在自然环境中的形态主要包括无机态砷[三价砷As(Ⅲ)、五价砷As(V)]和有机态砷(一甲基砷MMAs、二甲基砷DMAs和三甲基砷TMAsO)。

不同形态的砷在土壤中的毒性相差很大,其中As(Ⅲ)毒性分别比DMAs和TMAsO高出100倍和1000倍。水稻特殊的淹水栽培环境及喜磷和喜硅的生理特性是造成其对砷具有很强敏感性的重要原因。如我国湖南郴州的某些矿区,水稻籽粒中的无机砷含量可达0.5~7.5mg·kg-1,远超我国对水稻砷含量的限值(0.2mg·kg-1无机砷)。根据现有报道,通过稻米摄入的无机砷量占我国人群无机砷平均摄入量的60%,长期食用含砷稻米将对人体健康造成严重的危害。

稻田土壤中的砷能在微生物介导作用下发生甲基化作用,经过还原-甲基化交替的过程,亚砷酸盐(H3AsO3)中的羟基不断被甲基取代,最终形成还原态有机砷被挥发到大气中。

研究表明每年约有419~1252t的砷从水稻土中释放到大气中。最新研究发现,水稻籽粒累积过量的有机砷,特别是DMAs,能诱导水稻产生直穗病,而水稻植株本身无法实现对无机砷的甲基化,因此其累积的有机砷主要来自稻田土壤。稻田土壤砷的甲基化主要受土壤微生物如细菌或真菌体内的砷甲基化功能基因(arsM)调控。土壤中砷的甲基化过程受到多种因素影响,有机质是其中的关键因素。研究表明,随着有机质添加量的增加土壤中砷的挥发量逐渐增加,砷的甲基化程度逐渐提高。施用有机质的种类和浓度不同,促进砷甲基化的效果亦有差异。

研究表明,添加牛粪可显著促进厌氧甲烷菌对砷的挥发,砷含量为30mg·L-1的培养条件下添加牛粪25g·L-1时,砷的挥发量最高,约为总砷含量的35%;研究了添加苜蓿和处理过的谷物对土壤中砷挥发的影响,结果表明,添加处理过的谷物后砷的挥发量(9.8μg·kg-1·月−1)高于添加苜蓿的处理约2倍。

土壤中有机质来源广泛,不同来源的有机质差异性地促进土壤中砷挥发的效应仍然不是很明确,特别是有机质中相对更为活跃的可溶性有机质(DOM),其对土壤中砷甲基化和挥发的贡献以及相关的分子生物学机制还少有报道。DOM在土壤中的含量不到土壤总有机质的1%,但对土壤营养物质的活化、重金属和有机污染物的迁移转化、微生物区系改变等有极其重要的作用,本文假设不同有机物来源的DOM添加可差异性改变砷甲基化功能基因arsM丰度进而影响砷甲基化进程。

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