毛晖教授课题组揭示铁基纳米材料促进水稻生长并降低稻米砷积累的新机制

近日，毛晖教授团队的研究成果以“Iron-Based Nanomaterials Enhance Rice Growth and Limit Grain Arsenic Accumulation via Iron Plaque Formation and Rhizosphere Modulation”为题发表于Environmental Science & Technology。该研究揭示了铁基纳米材料通过促进根表铁膜形成和调控根际过程，降低稻米籽粒砷积累的作用机制，为砷污染稻田安全利用提供了新思路。资源环境学院博士生唐梦珊为论文的第一作者，资源环境学院毛晖教授、周莉娜副教授为共同通讯作者。

砷是典型的高毒性类金属污染物，水稻又是人类膳食砷暴露的重要来源之一。如何在保障水稻产量的同时降低稻米砷含量，是农田环境安全与农产品质量提升领域关注的重要科学问题。围绕这一问题，研究团队开展了全生育期盆栽试验，系统评估了纳米零价铁（nZVI）、Fe₂O₃纳米颗粒和Fe₃O₄纳米颗粒，以及氯化铁（FeCl₃）和硫酸亚铁（FeSO₄），对水稻生长、砷吸收转运、根表铁膜形成及根际砷行为的影响。研究表明，铁处理能够同时实现“增产”“降砷”和“增铁”效应，使籽粒砷含量下降19.8%-44.8%，籽粒铁含量提高16.9%-52.7%。铁基纳米材料可通过促进根表铁膜形成和调控根际过程降低稻米砷积累。其不仅能够改变铁膜结构和铁物种组成，增强铁膜对砷的固定能力，并能调控根际土壤中砷的形态转化及相关功能基因丰度，从而降低稻米籽粒砷积累。

水稻根表铁膜中Fe和As的空间分布

该研究发现，铁基纳米材料尤其是纳米零价铁，在促进水稻生长、提升稻米营养品质和降低砷暴露风险方面具有良好应用潜力，可为砷污染农田绿色治理与粮食安全保障提供科学依据。

该研究得到国家自然科学基金（42477027）、国家重点研发计划（2021YFD190070402）、陕西省科技创新专项资金（2020zdzx03-02-01）以及国家现代农业产业技术体系（CARS-27）等项目资助。

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.6c00983