市农科院安全营养所在植物叶面吸收大气沉降镉研究方向取得新进展

　　近日，市农科院安全营养所在JCR Q1期刊《Journal of Hazardous Materials》（影响因子14.224）在线发表了题为“Foliar cadmium uptake, transfer, and redistribution in chili: A comparison of foliar and root uptake, metabolomic, and contribution”的研究论文。该论文揭示了蔬菜叶片对大气沉积镉（Cd）的吸收、转运、积累机制及对蔬菜镉累积的相对贡献。

　　镉是一种剧毒的重金属元素，在电镀、冶金以及军事等领域的广泛应用和含镉化肥、农药以及农业塑料薄膜的大量施用已经对环境造成了严重污染。研究表明，大气镉沉降已逐渐成为农田生态系统镉的重要来源，可通过根系和叶片吸收途径进入作物并在作物中积累，经食物链威胁人类的健康。与大量研究的作物根系吸收、转运镉不同，叶片对大气沉降镉的吸收、转运过程和积累贡献尚未明晰，尚缺乏系统的研究。

　　本研究利用纳米硫化镉（CdSN）模拟大气沉降，以辣椒为实验对象开展叶面和根系吸收对比实验，明晰了根系和叶面吸收途径对辣椒的毒性代谢差异，结合镉同位素分析技术，量化了两种吸收途径对辣椒镉积累的相对贡献。这些发现有助于了解大气中镉在植物中的行为和最终命运，以及镉通过食物链转移的潜在风险。

　　主要研究结果：根系和叶面镉暴露显著提高了辣椒组织及亚细胞镉含量。扫描电镜和NanoSIMS分析表明，镉经气孔进入叶片后固定在叶片内叶片、茎和根细胞壁中。叶面吸收镉显著降低了叶片的嘌呤代谢，而根系吸收镉则抑制了根系中二苯乙烯类化合物、二芳基庚烷类化合物和姜辣素的生物合成。根系吸收对果实代谢途径的影响比叶面吸收更显著。在根系和叶面同时镉暴露的条件下，根系吸收对辣椒根、茎和果实镉积累的贡献率分别为88.1%、116.6%和90.4%，叶面吸收对叶片和果实镉积累的贡献率分别为73.6%和9.6%，表明根系吸收对果实镉积累的影响大于叶面吸收，这主要与根系吸收中辣椒木质部和韧皮部参与了镉的转运有关。

　　环境意义：根系吸收对果实镉的高贡献率表明，在大气沉降为主要污染来源的地区，应重点进行根系控制管理，阻止镉从根系向果实的运输。虽然在果实中，叶面吸收不是主要的镉来源，但它对叶片的贡献不应被忽视。在相同的叶面吸收条件下，大气沉降镉对大田作物的籽粒中的镉累积贡献仍不明确。因此，继续研究根系和叶面吸收镉在大田作物中的累积，特别是食用部位的累积贡献，对安全农产品生产技术的选择具有重要的意义。

　　市农科院安全营养所欧阳小雪博士为该论文的第一作者，该研究得到了国家自然科学基金和农业农村部环境保护科研监测所基本科研业务费的资助。