近期，中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所环境与能源纳米材料中心研究人员在纳米羟基磷灰石降低重金属铅离子在水稻根系中的迁移及毒性研究方面取得新进展，相关结果发表在Environmental Science: Nano (Environ. Sci.: Nano, 2018, 5, 398-407)上。
土壤中铅 (Pb) 被水稻根系吸收后，会向地上部转移，并在籽粒中富集，严重影响了稻米的品质和食品的安全。如何减少 Pb 在土壤-水稻系统中的迁移，并降低其通过食物链对人类健康的潜在威胁，一直是困扰科研人员的难题。通过在水稻根部形成可以吸收固定 Pb 的材料，增强水稻根部对 Pb 的过滤功能，减少 Pb 向地上部的运输，可有效降低籽粒中的 Pb 含量。
纳米羟基磷灰石 (nHAP) 对 Pb 具有较强的吸附能力，由于在纳米尺寸范围内，它拥有非常大的比表面积和高密度的活性位点，因此被广泛用于水体和土壤中 Pb 污染的修复。但是，纳米羟基磷灰石在水稻体内的迁移转化过程及其在水稻根部对 Pb 的固定机制尚不清楚。
为此，固体所环境与能源纳米材料中心研究团队研究了水培条件下 nHAP 在水稻根细胞中的传输与分布，并探讨了 nHAP 降低 Pb 在水稻体内的毒性和迁移性方面的机制。研究结果表明，nHAP (20±5 nm) 进入水稻根部后可以作为阻挡层捕获 Pb 2+，抑制了 Pb 2+ 从根部向地上部的转运，进而降低 Pb 2+ 的生物毒害。
其固定机制主要体现在通过水稻根细胞中存在的 nHAP 与 Pb 2+ 结合，并将 Pb 2+ 转化为根细胞中的 Pb 沉积物，一方面减少 Pb 2+ 对根部正常生长的干扰；另一方面减少 Pb 2+ 向地上部分的迁移，最终达到对 Pb 2+ 的固定作用。
相关结果不仅为环境纳米材料在植物根细胞中固定 Pb 2+ 的作用机制提供了理论依据，同时为利用纳米技术减少 Pb 在水稻体内吸收和转移提供了技术支撑。这项研究对于保证区域农产品安全、提高稻米质量、保障人体健康等都具有重要意义。
该研究工作得到了国家自然科学基金、国家重大研究计划（纳米专项）、中科院合肥大科学中心、安徽省重大专项的资助。