资源与环境学院科研团队在硅-锌元素互作缓解小麦镉毒害方面取得重要进展
发布时间：2023-07-07 18:14 浏览次数：
资源与环境学院“土壤培肥与耕地保育”科技创新团队与“农田生产力绿色调控与功能性肥料” 科技创新团队在硅-锌元素互作缓解小麦镉毒害方面取得新进展。研究成果以“Interactive effect of silicon and zinc on cadmium toxicity alleviation in wheat plants”为题在线发表在环境科学与生态学TOP期刊《Journal of Hazardous Materials》（中科院一区，IF：13.6）。
镉（cadmium，Cd）作为主要的土壤无机污染物之一，是一种非必需且具有高毒性的重金属元素，易被植物吸收并积累于各个部位，可通过食物链进入人体，从而诱发多种疾病。硅（Si）是地壳中含量排名第二的元素，在植物体内可使 Cd 在细胞壁上滞留，降低 Cd 的移动性，从而抑制 Cd 向细胞内的转移，还可通过增强植物抗氧化系统、提高抗逆性等途径减轻 Cd 毒害。锌（Zn）是植物必需微量元素，参与植物体内多种代谢过程，适量浓度的 Zn 可有效减少植物对 Cd 的吸收，缓解 Cd 胁迫。当前关于单独施加硅或锌缓解植物重金属毒害减少重金属吸收的研究较多，然而，硅-锌元素互作在减轻重金属毒害方面的研究较少，相应的生理生化机制尚不明确。小麦作为世界第一大粮食作物，保障小麦安全生产具有重要的经济和社会意义。本研究以冬小麦（西农 979）为研究对象，采用水培试验，探究小麦对 Cd 胁迫的响应，筛选缓解小麦 Cd 毒害的适宜 Si浓度和 Zn 浓度，研究 Si-Zn 互作对小麦 Cd 毒害的缓解作用，解析Si-Zn 互作缓解小麦 Cd 毒害的生理生化机制，为小麦安全生产提供理论和实践依据。
研究结果显示，10 μmol·L-1 Cd在一定程度上造成了小麦幼苗的氧化损伤，具体表现为叶片和根系中的丙二醛（MDA）、抗坏血酸（AsA）和过氧化氢（H2O2）含量显著上升，根系谷胱甘肽（GSH）、非蛋白巯基（NPT）和植物螯合肽（PC）等抗逆性指标含量均显著降低。单独及同时施加外源Si和Zn可有效缓解Cd诱导的氧化损伤，其中与Cd处理相比，同时施加Si和Zn，小麦各部位MDA、AsA和H2O2等含量显著降低，而GSH、NPT和PC等其他生理生化指标则显著提高。结果表明，Cd胁迫条件下，Si-Zn互作可通过减少H2O2含量，促进抗氧化酶活性和抗氧化物质含量缓解Cd对小麦的毒害作用。
本研究初步探究了冬小麦对 Cd 胁迫的响应，筛选出缓解小麦 Cd 毒害的适宜 Zn 和 Si 浓度，以及Si-Zn 互作缓解小麦 Cd 毒害的作用机制，为进一步研发含硅、锌元素阻控剂，减少小麦镉污染毒害，保障小麦绿色安全生产提供了理论依据。
硅-锌元素互作缓解小麦镉毒害机理图
本研究是课题组在矿质元素缓解小麦镉毒害方面取得的最新进展。前期的研究成果以“Integrated physio-biochemical and transcriptomic analysis revealed mechanism underlying of Si-mediated alleviation to cadmium toxicity in wheat”为题发表在环境科学与生态学TOP期刊《Journal of Hazardous Materials》。
我院教师姜瑛副教授与硕士研究生魏畅（已毕业，现在华南农业大学攻读博士学位）为论文共同第一作者，校青年英才柳海涛博士为通讯作者。我院刘世亮教授、刘芳副教授、赵颖副教授和张静静博士为该项工作做出了重要贡献。该研究得到十四五国家重点研发项目（2021YFD1700900）、河南省留学回国人员择优资助项目（30602340）、河南省农业农村厅重点项目（30801910）和河南农业大学高层次人才项目（30500671）等项目的资助。
论文链接01：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0304389423012165?dgcid=author
论文链接02：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0304389423006490