稻田土壤中的砷不仅通过食物链威胁人体健康，还会抑制作物生长，导致减产。其中，有机砷化合物二甲基砷（DMA）对水稻具有强生殖毒性，可诱发水稻直穗病。该病害是我国长江中下游地区常见的水稻生理性病害，多发生于水稻孕穗末期，表现为抽穗后籽粒无法灌浆结实，或形成小青粒，颖壳畸形、呈鹰嘴状，穗部直立（图1），严重时甚至无法抽穗，造成产量大幅下降甚至绝收。该团队前期研究证实，水稻颖壳中过量积累的DMA是导致直穗病发生的主要原因。

图1.水稻直穗病症状

环境中砷的形态多样，稻田土壤中主要包括无机五价砷（As[V]）、无机三价砷（As[III]）、二甲基砷（DMA）和单甲基砷（MMA）。近期研究发现，土壤溶液中还存在二甲基单巯基砷（DMMTA），其为DMA巯基化产物，含量可达DMA的60%左右。由于巯基化可能进一步增强砷的植物毒性，DMMTA是否参与水稻直穗病的形成尚不明确。

近日，南京农业大学汪鹏教授团队在“Environmental Science and Technology”以封面文章发表了题为“Dimethylmonothioarsenate (DMMTA) is a potent arsenic species causing rice straighthead disease”的研究论文，揭示了DMMTA对水稻的高毒性及其诱发水稻直穗病的风险。

研究显示，DMMTA对水稻的毒性远高于As(V)、As(III)和DMA，其对水稻生长的半抑制浓度较其他砷形态低一个数量级。与DMA相比，DMMTA更容易被水稻吸收；与As(V)和As(III)相比，DMMTA则更易向地上部转运。因此，在这四种砷形态中，DMMTA最易在水稻地上部积累，且在转移过程中大部分都被脱巯基转化为DMA。抽穗期水稻经DMMTA暴露后，颖壳中DMA积累量更高，直穗病发生率显著上升，其诱发该病的潜力约为DMA的5倍（图2）。

图2. DMMTA诱发水稻直穗病。（A）水稻幼穗表型；（B）水稻直穗病发病率；（C）颖壳砷形态

进一步对土壤孔隙水中DMMTA含量及其与DMA的比例分析表明，在实际稻田环境中，除DMA外，DMMTA是另一个诱发水稻直穗病的关键因子。研究还发现，施加硅肥可有效缓解DMMTA引起的直穗病。

图3. DMMTA诱发水稻直穗病机制

综上所述，DMMTA作为稻田孔隙水中对水稻毒性最强的砷形态之一，更易从土壤迁移至水稻地上部积累。其在水稻体内转化为DMA，具有很强的诱发水稻直穗病的潜力，对水稻安全生产会构成威胁。因此，这一新型砷形态的风险应引起广泛重视。

南京农业大学徐仲瑞副教授为论文第一作者，汪鹏教授为通讯作者。研究生刘文艺、叶康、毛敏，博士后高阿祥、戴军，陈川副教授和赵方杰教授共同参与了该研究。该研究得到了国家自然科学基金国际合作重点项目资助。

文章链接：//pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.est.4c11945