汞在植物葉片中的轉(zhuǎn)化機(jī)制研究取得突破

    植被在全球大氣汞的循環(huán)以及汞在陸地食物鏈的傳輸“扮演”著重要角色。大氣氣態(tài)單質(zhì)汞能被葉片同化進(jìn)而進(jìn)富集在葉片中。葉片中的汞主要有以下二種歸趨：一方面，汞被葉片重新釋放而進(jìn)入大氣。另一方面，汞被氧化固定在植物組織中并通過食物鏈進(jìn)入動物或者人體內(nèi)，或者隨著凋落物進(jìn)入土壤圈。因此，研究植物葉片中汞的化學(xué)形態(tài)對準(zhǔn)確評估植被在全球大氣汞循環(huán)中扮演的具體“角色”、汞在食物鏈傳輸引起的環(huán)境風(fēng)險以及汞進(jìn)入土壤圈后對土壤生態(tài)系統(tǒng)的干擾十分關(guān)鍵。

    利用傳統(tǒng)的基于同步輻射技術(shù)的X-射線近邊吸收譜技術(shù)是研究環(huán)境介質(zhì)中汞的化學(xué)形態(tài)的常用方法(Wang JX et al., 2012. ES&T, 5361-5368)，但是該方法很難準(zhǔn)確測定低汞含量樣品中的汞的化學(xué)形態(tài)。同樣，基于質(zhì)譜和色譜聯(lián)用技術(shù)比如ICP-MS-HPLC等對樣品中汞含量及樣品的基質(zhì)都有比較高的要求(Krupp EM et al., 2009. Chem Comm, 4257-4259)。

    地化所環(huán)境室馮新斌課題組與法國Universite? Grenoble Alpes地球科學(xué)研究中心Alain Manceau教授合作，在法國EcoX Equipex 項目(法國卓越基礎(chǔ)科學(xué)裝置計劃)和中科院國際合作項目(QYZDJ-SSW-DQC005)支持下，率先在國際上利用高能量分辨率X-射線近邊吸收譜技術(shù)分析了天然低汞(0.5 ppm)植物葉片中汞的化學(xué)形態(tài)。

    研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在植物葉片中大部分汞以Hg[(SR)2+N/O0-2]的化學(xué)形態(tài)存在，部分汞以納米顆粒態(tài)汞(HgxSy)的形態(tài)存在(圖1)。通過二階Møller-Plesset振動理論，利用計算機(jī)模擬了HgxSy的幾何結(jié)構(gòu)(圖2)。本結(jié)果首次揭示了植物葉片可以將單質(zhì)汞轉(zhuǎn)化為惰性的納米狀硫化汞，這對深入了解葉片中汞的再揮發(fā)、毒性以及其進(jìn)入土壤后的轉(zhuǎn)化提供了基礎(chǔ)理論知識，豐富了汞的生物地球循環(huán)理論。成果發(fā)表在環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域期刊Environ. Sci. Technol.

    Manceau A*., Wang JX., Rovezzi M., Glatzel P., Feng X*. Biogenesis of Mercury−Sulfur Nanoparticles in Plant Leaves from Atmospheric Gaseous Mercury. Environ. Sci. Technol. 2018, 52, 3935-3948.

圖1 不同植物葉片中汞的形態(tài)

圖2 HgxSy的幾何結(jié)構(gòu)