镉是一种有毒有害重金属，农田土壤镉污染时常会导致稻米镉含量超标，危害农产品安全和人体健康。稻米中镉的化学形态和空间分布会影响稻米镉对人体的生物有效性，但由于分析技术限制，一直以来我们都对稻米镉的化学形态和空间分布缺乏认识。

集团环境生物学团队利用同步辐射X射线吸收光谱和X射线荧光显微成像技术，研究了镉在稻米中的化学形态和空间分布。研究发现稻米中镉主要是与巯基化学功能团结合（66-92%），主要可能以含巯基蛋白结合形式存在。元素的荧光成像分析表明稻米中镉的空间分布模式多样，具有不确定性，主要取决于水稻灌浆期土壤溶液中镉的动态变化，如在灌浆初期稻米糊粉层形成时，土壤溶液中镉浓度较高，那么镉在糊粉层中含量则高；如灌浆后期土壤溶液中镉浓度较高，那么中心淀粉胚乳细胞镉含量则高。

图 稻米镉的空间分布和化学形态

稻米镉空间分布的不确定性意味着糙米在精米化的过程中，精米镉浓度变化的不确定性。针对78个不同水稻品种的糙米精米化研究发现，与糙米镉浓度相比，精米镉浓度平均降低了23.5%，但变化程度存在很大变异，其中62个水稻品种精米镉浓度下降，降幅为2.0%-65%，另有16个水稻品种精米镉浓度增加，增幅为1.6%-22%。

稻米镉的化学形态和空间分布信息对认识镉的人体生物有效性有着重要启示。稻米中营养矿质元素Zn、Fe主要以难溶解的植酸盐形式存在，由于人体肠道缺乏植酸酶，因而该形态的Zn、Fe很难被人体吸收利用；而与巯基结合的镉在肠胃酸性环境下（pH 1.5~3.5）不稳定，>95%的镉都会解离成镉离子，从而易被人体肠道吸收，这也解释了以稻米为主粮的人群对镉的吸收效率较高的原因。镉空间分布的结果表明，在外推糙米和精米镉的食品安全卫生标准时，应充分考虑到糙米在精米化过程中镉浓度变化的不确定性，并且，通过稻米精制或深加工方式对降低稻米镉污染的健康风险作用有限。

该研究成果以“Chemical speciation and distribution of cadmium in rice grain and implications for bioavailability to humans”为标题在Environmental Science & Technology（2020, 54, 12072-12080）上发表，集团博士研究生顾毅为该论文第一作者，汪鹏教授为通讯作者。该研究得到国家自然科学基金委资助。

文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.0c03001