南大团队发现：叶面喷施纳米颗粒可降低小麦镉含量35%

南大团队发现：叶面喷施纳米颗粒可降低小麦镉含量35%

土壤镉污染是全球性环境问题，特别是在中国等发展中国家，农业土壤镉污染严重威胁食品安全和人类健康。南京大学周东美教授团队在Environmental Science & Technology (EST)期刊上发表最新研究，揭示了通过叶面喷施纳米颗粒降低小麦籽粒中镉含量的新方法。

研究背景

由于采矿、工业和农业等人类活动，农业土壤中的镉（Cd）污染已成为一个重大的健康问题。土壤镉由于其在土壤-植物系统中的高流动性，很容易被植物根系吸收，从而通过食物链摄入对人类健康造成潜在的不利影响。长期饮食中的镉暴露与免疫系统、泌尿系统、神经系统和生殖系统的损害以及特定类型的癌症有关。水稻和小麦作为世界上最重要的两种谷类作物，受到土壤镉污染的威胁日益严重。

研究方法与结果

研究团队在镉污染土壤（5.23 mg/kg）中种植小麦，并在开花期和灌浆期喷施不同浓度的纳米硒（SeNPs）、纳米二氧化硅（SiO2NPs）、纳米氧化锌（ZnONPs）和纳米二氧化锰（MnO2NPs）。研究发现，纳米硒和二氧化硅纳米颗粒在降低小麦籽粒中镉含量方面效果最佳。

具体而言，施用0.96 mg/株的纳米硒和2.4 mg/株的二氧化硅纳米颗粒后，小麦籽粒中的镉含量显著降低了35.0%和33.3%，同时籽粒产量显著提高了33.9%。研究还发现，纳米硒和二氧化硅纳米颗粒的施用改变了小麦根际土壤中镉的生物有效性，降低了可交换态和碳酸盐结合态镉的比例，增加了残留态镉的比例。

作用机制

研究团队通过代谢组学和微生物群落分析，揭示了纳米颗粒降低小麦籽粒中镉含量的机制。研究表明，纳米硒和二氧化硅纳米颗粒的施用改变了小麦根际土壤的代谢产物谱，增加了与氮代谢相关的微生物群落，如Solirubrobacter和Pedomicrobium的生长。同时，纳米硒的施用提高了叶片中抗氧化代谢物的水平，如阿魏酸、海藻糖等，这些代谢物不仅具有抗氧化作用，还能促进植物生长和代谢。

研究意义与展望

这项研究为解决镉污染土壤中的小麦安全生产问题提供了新的思路。研究发现，纳米硒不仅能够有效降低小麦籽粒中的镉含量，还能增加籽粒中的硒含量，具有双重功效。然而，研究也指出，纳米硒的施用需要控制在合理范围内，以避免过量硒对植物产生毒害作用。

未来的研究还需要进一步探讨纳米颗粒在植物表面的作用机制，以及如何在同一水平上最好地使用不同纳米颗粒。此外，还需要关注纳米颗粒在环境中的长期效应和安全性问题。