隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，人類活動(dòng)導(dǎo)致了大面積農(nóng)田尤其是稻田受到有害重金屬的污染。鎘（Cd）是土壤污染中常見的有毒元素，全國(guó)首次土壤污染普查結(jié)果顯示，重金屬Cd 污染加重，全國(guó)土地Cd 的點(diǎn)位超標(biāo)率為7.0%。有一項(xiàng)全國(guó)性調(diào)查表明，在礦區(qū)附近生產(chǎn)的所有稻米中，近65%的稻米中的鎘含量超過(guò)了米鎘國(guó)家食用標(biāo)準(zhǔn)（0.2 mg/kg）。被重金屬污染的大米經(jīng)口攝入到人體后，將在胃、腸道內(nèi)經(jīng)歷消化過(guò)程，然后隨血液循環(huán)累積到人體不同組織器官中，引起器官的組織形態(tài)和新陳代謝的變化，從而對(duì)人體產(chǎn)生毒性效應(yīng)。由大米攝入導(dǎo)致重金屬在體內(nèi)積累造成的居民健康風(fēng)險(xiǎn)已經(jīng)引起了人們廣泛關(guān)注。

為了準(zhǔn)確評(píng)估人類暴露于污染食物中的重金屬，必須測(cè)量其金屬生物利用度。采用生物有效性（bioavailability）表征通過(guò)經(jīng)口途徑攝入的重金屬總量中能夠通過(guò)胃腸道并最終進(jìn)入人體系統(tǒng)循環(huán)的比例，通常借助活體實(shí)驗(yàn)的研究方法(in vivo)。而生物可給性(bioaccessibility)是污染物最大經(jīng)口途徑生物有效性的指示，因而很多關(guān)于污染物生物有效性的研究工作將生物可給性作為研究的入手點(diǎn)和對(duì)象，通常借助的研究方法是體外模擬試驗(yàn)（in vitro），其優(yōu)點(diǎn)是克服動(dòng)物模型的高成本、周期長(zhǎng)和道德倫理上的缺陷。但生物可給性不等同于生物有效性，體外模擬實(shí)驗(yàn)?zāi)芊裼行ьA(yù)測(cè)生物有效性及調(diào)控因素至今尚未明確。

中國(guó)科學(xué)院華南植物園土壤生態(tài)與生態(tài)工程研究組以6種不同鎘污染濃度的大米為研究對(duì)象，通過(guò)建立4 個(gè)不同體外模擬以及動(dòng)物（小鼠）模型，研究了大米中鎘的生物可給性和生物有效性。研究發(fā)現(xiàn)：大米中鎘的生物有效性分別為15%-56%、18%-56%和3.71%-54%（以腎、肝和股骨為耙器官），與污染稻米中總鎘濃度呈負(fù)相關(guān)（r2=0.74-0.94）。不同的體外模擬消化方法測(cè)定的大米Cd的生物可給性存在差異，4種體外消化方法所獲得的Cd 胃和腸生物可給性分別為57%-83%、55%-94%、42%-98%和34%-94%（胃階段）和34%-49%、21%-43%、28%-55%和14%-56%（腸階段）。當(dāng)評(píng)估體外和體內(nèi)數(shù)據(jù)之間的關(guān)系時(shí)，4 種體外方法與基于肝臟或腎臟的小鼠模型之間的所有相關(guān)性較弱，其相關(guān)系數(shù)為r2=0.0006-0.52。不同方法的體外消化模型結(jié)果差異很大，說(shuō)明體外消化法預(yù)測(cè)污染大米中Cd生物有效性存在一定的局限性。此研究結(jié)果對(duì)論證體外消化方法預(yù)測(cè)體內(nèi)實(shí)驗(yàn)的生物有效性的可行性具有重大意義。

相關(guān)研究成果已發(fā)表在環(huán)境領(lǐng)域期刊Science of The Total Environment（《全環(huán)境科學(xué)》）。