土壤 - 水稻系统中铊与镉的不同归宿：根际生物有效性响应趋同但转运及籽粒分配差异显著

《Environmental Science & Technology》：Contrasting Fate of Thallium and Cadmium in the Soil-Rice System: Convergent Rhizosphere Bioavailability Responses Yet Divergent Translocation and Grain Partitioning

　　

摘要

土壤中铊 (Tl) 和镉 (Cd) 的复合污染普遍存在。尽管水稻植物对 Tl 和 Cd 的积累量相当，但籽粒中 Tl 浓度显著低于 Cd 的机制仍不清楚。本文结合盆栽实验、根箱观察和田间采样，调查了 Tl/Cd 在土壤 - 水稻系统中的归趋。连续提取显示，淹水处理降低了整体土壤中 Tl/Cd 的流动性，其中 Cd 富集于可氧化态，Tl 富集于残余态。在根际，平面光极和激光剥蚀 - 电感耦合等离子质谱 (LA-ICP-MS) 揭示，与持续排水相比，淹水处理诱导铁膜形成，限制了水稻对 Tl/Cd 的吸收。组织水平和微观水平 (LA-ICP-MS) 分析显示，Tl 从节到叶片的转运量是 Cd 的 3.00–8.85 倍，而 Cd 表现出更强的向上转运能力。在糙米中，转运到籽粒的 Cd 有 66.0–86.0% 分配到了胚乳中。相比之下，Tl 优先富集于胚中，胚仅占生物量的 1.78–2.66%，但含有 42.9–60.8% 的 Tl，这可能与高钾需求及钾相关转运途径有关。因此，Tl/Cd 在茎叶转运和糙米分配模式上的差异解释了籽粒浓度的差异，为安全水稻生产提供了机制见解。

可视化摘要

主题 镉, 土壤, 谷物, 铊, 植物源性食品

关键词 Oryza sativa L., 铊, 镉, 土壤固相, 土壤 - 根际界面, 茎叶/籽粒分配

支持信息

支持信息可免费获取，网址为 https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.6c05439。

• 水稻发芽和管理的详细信息、LA-ICP-MS 分析的样品制备程序、田间采集水稻籽粒样品的处理、土壤和植物样品的分析、不同糙米组分的質量比和 Tl/Cd 贡献的计算以及基因表达的分析方法 (文本 S1–S6)；土壤性质、Tl/Cd 组分的初始浓度和百分比、定量 qPCR 使用的引物、根箱实验 II 中 Tl/Cd 组分的浓度和百分比、水稻根系铁膜上的 Tl/Cd 浓度、根箱实验 II 中 GZ-F 处理的元素库存计算以及糙米单独组分中的 K 浓度和贡献 (表 S1–S7)；田间采样点、水稻根际溶解氧分布、D 和 F 处理下 GZ 土壤中土壤 - 根际界面的 LA-ICP-MS 元素映射、JX-F 处理根际土壤中 Fe、Mn、Cd 和 Tl 的共定位分析、SEM-EDS 分析水稻根系形态和元素分布、不同水稻组织中的 Tl/Cd 浓度、节 III 的结构和维管束示意图，以及根箱实验 II 中 GZ-F 处理节 III 中 Mn 和 K 的 LA-ICP-MS 映射 (图 S1–S11) (PDF)

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