近日，南京農業大學資環學院趙方杰教授團隊在《Environmental Science & Technology》在線發表了題為 “Reduction of dimethylarsenate to highly toxic dimethylarsenite in paddy soil and rice plants” 的研究論文，該研究建立了環境樣品中DMAs（III）的保存和檢測方法，證明了DMAs（III）是淹水還原條件下水稻土孔隙水和水稻植株中一種重要砷形態，并且對水稻原生質體毒性很強。   　　砷是土壤中廣泛存在的有毒類金屬元素。土壤中砷的化學形態眾多，不同形態砷毒性迥異。水稻土在淹水還原條件下砷的有效性提高，微生物介導的砷甲基化增強，產生以二甲基砷（DMAs）為主的有機砷化合物。水稻過量積累DMAs會誘發“直穗病”（又稱“旱青立病”），影響結實，造成水稻減產。   　　DMAs化合物中的砷有五價態[DMAs（V）]和三價態[DMAs（III）]兩種類型，其中DMAs（III）對人體細胞毒性更強，屬于劇毒的砷化學形態之一。由于DMAs（III）在有氧條件下極不穩定，加之缺乏對環境樣品中DMAs（III）的保存和檢測方法，迄今未在土壤和植物樣品中檢測到DMAs（III），也無法評估DMAs（III）對植物的毒性。   　　該研究采集了砷甲基化能力較強的水稻土壤進行淹水培養，在厭氧條件下采集土壤孔隙水，加入DDDC（二乙基二硫代氨基甲酸鹽）保護樣品中的DMAs（III），采用ESI-QTOF-MS/MS和HPLC-ICP-MS鑒定和定量測定砷形態。結果表明，土壤孔隙水中存在DMAs（III），并且其濃度高于DMAs（V）。對土壤發酵細菌、反硝化菌和硫酸鹽還原菌進行富集培養，并分離到22株厭氧菌，發現這些富集培養和厭氧菌均可在不同程度上將DMAs（V）還原為DMAs（III），并分離到一株還原能力較強的厭氧菌Paraclostridium bifermentans DRTC-8。進一步設置添加DMAs（V）的水稻水培實驗，發現水稻根部、地上部和木質部傷流液均存在DMAs（III），說明水稻具有將DMAs（V）還原為DMAs（III）的能力。此外，將水稻種植于上述具有砷甲基化能力的土壤中，同樣在水稻葉片、穎殼和籽粒中檢測到DMAs（III）的存在。   　　該研究進一步采用水稻原生質體比較DMAs（III）與DMAs（V）的相對毒性，以不同濃度DMAs（III）或DMAs（V）處理24小時后原生質體的存活率為指標，發現DMAs（III）的毒性遠大于DMAs（V），推測DMAs誘發水稻“直穗病”的元兇是DMAs（III）。   　　綜上所述，該研究首次發現了稻田土壤和水稻植株中存在毒性很強的DMAs（III），水稻和很多土壤厭氧微生物具有將DMAs（V）還原為DMAs（III）的能力，導致其毒性加強。該研究拓展了對環境中砷的生物地球化學循環的認識，也為探究水稻“直穗病”的致毒機制提供了理論基礎。   　　資環學院陳川副教授為文章第一作者，趙方杰教授為通訊作者，研究生余鈺、王怡潔、高阿祥和楊寶云及唐珠老師參與了該項研究工作。該研究得到了國家自然科學基金和江蘇省重點研發計劃的資助。   　　文章鏈接：https://doi.org/10.1021/acs.est.2c07418