有机酸叶面阻控剂筛选及其降低小白菜汞/甲基汞积累的机理研究

《Ecotoxicology and Environmental Safety》：Screening and mechanistic study of organic foliar agents for reducing mercury and methylmercury in pakchoi

本研究针对汞污染农田安全生产难题，通过矿区原位盆栽试验筛选出酒石酸(TA)和腐殖酸(HA)两种高效叶面阻控剂，发现叶面喷施TA可使小白菜总汞(THg)含量降低59%，并首次系统揭示其通过调节矿质元素吸收、诱导非蛋白巯基(NPTs)合成促进汞螯合与液泡区隔化、增强细胞壁汞固定化的三重机制，为汞污染农田安全利用提供了经济可行的叶面调控策略。

　　

在贵州万山汞矿区，农田土壤中总汞浓度最高可达790 mg/kg，甲基汞浓度达15 μg/kg，当地蔬菜汞含量超标5-20倍，严重威胁农产品安全。传统土壤钝化技术成本高且难以应对大气汞沉降问题，而叶面调控技术虽在镉、铅等重金属污染治理中应用广泛，但对汞污染的控制效果及机制尚不明确。尤其甲基汞作为神经毒性最强的汞形态，其植物吸收机制更为复杂，现有研究缺乏针对性的叶面阻控方案。

本研究通过矿区原位盆栽试验，从水杨酸、富里酸、腐殖酸、苯甲酸和酒石酸中筛选出酒石酸(TA)和腐殖酸(HA)两种高效叶面阻控剂，其中TA使小白菜总汞含量降低46%。后续通过设置叶面喷施与土壤添加的对比实验，结合生理生化指标和亚细胞汞分布分析，深入解析其作用机制。关键技术方法包括：采用直接测汞仪(DMA-80)测定植物总汞，气相色谱-冷原子荧光光谱(GC-CVAFS)分析甲基汞，差速离心法分离细胞壁、细胞器和可溶性组分进行亚细胞汞分布测定，以及分光光度法检测超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)等抗氧化酶活性和非蛋白巯基(NPTs)含量。

有机酸叶面阻控剂筛选

矿区原位实验表明，叶面喷施5种有机酸均显著降低小白菜叶片总汞含量，减排效率排序为酒石酸(TA,46%) > 腐殖酸(HA,31%) > 苯甲酸(16%) > 水杨酸(12%) > 富里酸(10%)。对照组小白菜汞含量(314.69±3.86 ng/g)超过国家食品安全标准(10 ng/g鲜重)，而TA和HA表现出最优阻控效果。

有机酸对小白菜生物量的影响

叶面喷施TA和HA对叶片生物量无显著影响，但HA叶面处理使茎生物量增加91%，土壤添加TA和HA分别使茎生物量增加83%和62%，表明有机酸处理未抑制植物正常生长。

对叶片矿质元素含量的影响

叶面喷施TA显著降低叶片钾(K)、钙(Ca)、锌(Zn)、铜(Cu)含量，而土壤添加TA则提高镁(Mg)含量。相关性分析显示K、Ca、Mg与汞含量呈显著正相关，说明TA可能通过调控矿质元素吸收路径间接抑制汞的吸收转运。

对抗氧化系统的影响

叶面喷施TA和HA分别使叶片丙二醛(MDA)含量降低74%和26%，显著提升过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)活性。但土壤添加TA虽同样降低氧化损伤，却导致植株汞含量上升，表明抗氧化能力增强并非叶面阻控汞的主要机制。值得注意的是，甲基汞含量与MDA呈正相关，提示抗氧化系统可能参与甲基汞的转运调控。

对非蛋白巯基(NPTs)含量的影响

叶面喷施HA使叶片NPTs含量显著提升91%，TA处理亦增加21%。NPTs与总汞含量呈负相关，且叶面处理组可溶性组分汞比例上升，说明有机酸诱导的巯基化合物可螯合游离汞并促进其液泡区隔化。

对总汞和甲基汞积累的影响

叶面喷施TA使叶片和茎部总汞分别降低34%和59%，而土壤添加TA反而使汞含量上升70%和29%。对于甲基汞，叶面喷施TA和HA分别使叶片甲基汞降低45%和56%，土壤添加亦呈现类似减排效果(56%-61%)，表明两种施用方式均能有效阻控甲基汞积累。

亚细胞汞分布特征

叶面喷施TA使细胞壁组分汞分配比例显著增加，尽管细胞壁绝对汞含量因整体汞下降而减少，说明TA可能修饰细胞壁组分增强汞固定能力。相反，土壤添加TA降低细胞壁汞比例，与植株汞含量上升现象一致。HA处理则因分子结构与细胞壁组分竞争结合位点，对细胞壁汞固定的促进作用弱于TA。

本研究首次系统阐明酒石酸叶面喷施通过三重机制降低小白菜汞积累：协同调控矿质元素吸收平衡、诱导NPTs合成促进汞螯合与液泡区隔化、增强细胞壁汞固定化作用。相比土壤钝化技术，叶面阻控技术具有成本低、操作简便、不受大气汞沉降干扰等优势，为汞污染农田安全利用提供了创新解决方案。论文发表于《Ecotoxicology and Environmental Safety》，对推动重金属污染农田的绿色修复具有重要实践意义。