砷超富集植物蜈蚣草具有超强的砷吸收和富集能力, 生物量大, 被认为是修复砷污染土壤的理想植物材料。 基于砷超富集植物蜈蚣草的植物修复技术已经推广应用到了我国20多个污染区的土壤修复实践中。 目前所报道的所有蜈蚣草均具有砷超富集能力, 并且该特性能够得到稳定遗传。 蜈蚣草是如何通过仅仅几十个微米的孢子将这种砷超富集能力传递给下一代? 与其他微区分析手段相比, 基于同步辐射X射线的荧光光谱和吸收光谱分析灵敏度高、 操作简便, 近年来被广泛应用到超富集植物的研究中, 它也使得研究几十个微米的孢子中砷及其他元素的分布成为可能。 为了揭示砷超富集植物蜈蚣草孢子的化学元素组成, 该研究采用同步辐射X射线荧光探针分析技术首次揭示了蜈蚣草的生殖细胞——孢子中砷、 铜、 锌等微量元素的浓度分布, 以及钾、 钙等大量元素的浓度分布; 并将砷的分布趋势与大量营养元素钾、 钙、 铁、 硫, 以及微量元素铜、 锌的分布趋势进行对比。 蜈蚣草的微区元素分布研究表明, 孢子囊中砷和钙、 砷和硫的分布特征具有相似性, 砷和硫、 钙更有可能同时聚集在孢子中。 这表明, 在孢子产生和萌发过程中, 砷、 硫和钙可能发挥着重要作用。 为了揭示变价元素砷在孢子中的存在形式, 采用同步辐射X射线吸收光谱首次揭示了蜈蚣草孢子中砷的微区形态, 结果表明, 蜈蚣草孢子中砷的存在形态与羽叶一致, 以低价态的AsⅢ为主。 AsⅢ是活性和毒性都相对较强的一种砷存在形式。 这表明蜈蚣草孢子对于高毒性高活性的三价砷具有较强耐性。 通过采用高分辨率低检测限的X射线荧光探针和X射线吸收光谱技术, 揭示砷超富集植物蜈蚣草孢子中砷的分布和存在形式, 研究结果为了解蜈蚣草砷富集能力的遗传特性提供基础信息。

砷是一种有毒并致癌的化学元素, 普遍存在于各种环境介质和生物体中。 研究表明, 砷对生物体的毒性不仅与砷的浓度, 还和其存在形态密切相关。 因此, 对砷的不同形态进行分析具有重要意义。 以往的研究表明, 甲醇被广泛用作固体样品砷形态分析的提取剂, 一定量的甲醇可以提高ICP-MS测总砷的信号强度。 但是, 关于甲醇对砷形态分析结果的影响研究尚未见报道。 应用高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱联用技术(HPLC-ICP-MS)建立同时测定AsC, AsB, As(Ⅲ), DMA, MMA和As(Ⅴ)等六种砷形态的优化方法。 HPLC采用阴离子交换柱, 30 mmol·L-1 (NH4)2CO3(pH=9.3)作为流动相。 选择DRC模式, 以O2为反应气体, 监测91AsO+作为检测信号。 方法学验证表明, 六种砷形态的线性相关系数都大于0.998 9。 采用不同浓度的甲醇(0～100%)作为砷形态定容溶液, 发现随着甲醇浓度的增加, As(Ⅲ)和DMA的峰面积显著增加。 选取对砷形态结果影响最小的25%甲醇-水作为定容溶液时, 其对不同浓度的砷均有一定的影响, 并且对As(Ⅲ)和DMA影响最大。 因此, 在今后的研究中, 甲醇的去除起着重要的作用。

研究选择了分布于我国安徽、重庆、湖南、台湾、福建、广西、广东等7个省、市、自治区中10个不同地理区域的13个蜈蚣草种群,通过同步辐射X射线吸收光谱研究不同种群蜈蚣草中的砷形态差异,为揭示其富集机理奠定基础.蜈蚣草根部的砷主要以与O结合的方式存在,各种群的蜈蚣草根部还存在As—S配位的砷,但含量较少.蜈蚣草根部中的砷以As(Ⅴ)为主,As(Ⅴ)的比例为59.6%±0.6%~83.8%±3.8%.不同种群的根部砷形态具有较大差异,HN5种群具有明显高于其他种群的As(Ⅲ)比例,FJ种群具有明显低于其他种群的As(Ⅲ)比例,而来自湖南和广西的几种种群具有较高的As-GSH比例.As(Ⅴ)比例由低到高的顺序为:HN5HN3>HN1>TW>CQ>AH>FJ>HN5>HN2>GX2>GX3>HN4>GX1.对蜈蚣草中砷形态的种群差异揭示有利于对蜈蚣草砷富集能力的种群差异来源机制进行深入研究.

应用高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱联机技术(HPLC-ICP-MS)建立了中药中AsⅢ, AsⅤ, MMA和DMA等四种砷形态的同时测定方法, 用该方法对黄芪、 大黄、 黄芩、 何首乌、 地黄等五种中药炮制前后砷形态的变化进行了比较研究, 并对一个总砷超标的冬虫夏草样品进行了砷形态的分析。 方法学验证表明: 四种砷形态的线性相关系数(r)都大于0.998 4, 定量限(LOQ)都在0.8～1.0 μg·L-1之间, 重复性和稳定性的相对标准偏差(RSD)都小于10%, 加标回收率都在82.40%～119.5%之间。 测定结果显示: 中药中的砷形态以无机砷(AsⅢ和AsⅤ)为主; 植物来源中药中都未检出MMA和DMA, 但冬虫夏草中检出了MMA; 炮制后, 五种中药无机砷的含量都出现了上升。