EES湖南农科院：NMT发现Si促进附着铁膜的水稻根吸Cd 为Si通过作用铁膜促Cd阻隔和吸附的机制探究提供证据

---

 

基本信息

主题：NMT根吸Cd数据为Si强化铁膜阻控水稻根系Cd吸收提供有力依据

期刊：Ecotoxicology and Environmental Safety

影响因子：6.8

研究使用平台：NMT重金属胁迫创新平台

标题：Silicon facilitated the physical barrier and adsorption of cadmium of iron plaque by changing the biochemical composition to reduce cadmium absorption of rice roots

作者：中湖南省农业科学院农业环境生态研究所 柳赛花、潘淑芳

获奖情况：该成果获得2022-2023年度“中关村优秀NMT成果奖”二等奖

NMT文章作者点击申奖

 

检测离子/分子指标

Cd²⁺

 

检测样品

水稻根（伸长区和成熟区，距根尖530µm和8000µm）

 

供稿人简介

柳赛花，副研究员。研究方向：农田重金属污染农艺生态修复关键机理与技术。先后主持国家自然科学青年基金、湖南省自然科学青年基金、中央土壤污染防治专项资金项目等，发表研究论文27篇，授权发明专利2项，参编中英文专著各1部。

 

中文摘要

硅能有效抑制水稻对镉(Cd)的吸收，根表面铁膜是镉进入水稻根系的主要环节和第一界面。为阐明硅处理下铁膜对水稻根系Cd吸收的影响机制，采用能谱、非损伤监测和吸附动力等学法研究了水稻品种玉针香(YZX)和湘晚籼(XWX)根系铁膜的形态特征、铁膜对Cd的吸附机理以及铁膜对Cd吸收的影响。扫描电镜- X射线能谱(SEM-EDX)分析结果表明，Si处理的根表铁膜晶体结构更加致密，促进根表铁膜增厚，加强了根表铁膜对Cd的隔离，使YZX和XWX品种白根的Cd含量分别降低了30.2%和20.9%。去铁膜处理后，铁膜对Cd的阻隔作用减弱，YZX和XWX品种铁膜中Cd含量显著降低36.3%和18.4%，白根和地上部Cd浓度显著升高，根伸长区和成熟区Cd²⁺流成倍增加。吸附试验结果表明，根表铁膜吸附过程主要是由边界扩散完成的单层吸附。XPS结果表明硅改变根表铁膜的生化组成，增加根表铁膜上碳氧基团密度。本研究表明，硅促进生成的铁膜通过改变铁膜的形态和化学组成，在阻控水稻根系Cd吸收累积中发挥了关键作用。

 

离子/分子流实验处理方法

40天苗龄水稻30 μM CdCl₂胁迫3 d。

 

离子/分子流实验结果

总体来说，水稻YZX和XWX根成熟区和伸长区表现为Cd²⁺净流入。去铁膜处理（-IP），根伸长区和成熟区的Cd²⁺通量都显著增加，具体而言，在Si处理下，伸长区Cd²⁺通量增加了5.72倍，从1.56 pico mol/cm²/s增加到8.90pico mol/cm²/s，成熟区Cd²⁺通量甚至从流出变为流入，而未经Si处理的伸长区Cd²⁺通量增加了1.16倍；水稻XWX根部Cd²⁺流的趋势与水稻YZX类似，在Si-IP处理下，伸长区Cd²⁺通量增加了1.81倍，从10.34 pico mol/cm²/s增加到18.76 pico mol/cm²/s，而成熟区Cd²⁺通量增加了3.14倍。此外，-IP处理的成熟区Cd²⁺通量增加了2.24倍，只有延伸区Cd²⁺通量没有增加。

 

图1 NMT测量的Cd流。正值代表Cd²⁺外排，负值代表Cd²⁺吸收。

A，不同处理下水稻YZX根伸长区和成熟期实时Cd²⁺流；B，水稻YZX根伸长区和成熟期平均Cd²⁺流，插图表示探针监测位点；C，水稻XWX根伸长区和成熟期即时Cd²⁺流；D，水稻XWX根伸长区和成熟期平均Cd²⁺流。

 

 

其他实验结果

• 硅促进根表铁膜增厚，晶体结构更加致密，加强根表铁膜对Cd的隔离；去铁膜处理后，铁膜对Cd的阻断作用减弱；吸附试验结果表明根表铁膜吸附过程主要是由边界扩散完成的单层吸附；XPS结果表明硅改变根表铁膜的生化组成，增加根表铁膜上碳氧基团密度。

 

结论

这项研究为硅处理下的水稻根表铁膜阻隔镉机制提供了新的见解。硅处理下根表铁膜对水稻根系镉吸收产生关键影响，根表铁膜Cd含量随着施硅量的增加而增加，有效地阻止根系对Cd的吸收。原因可能是：

（1）根表铁膜变厚，晶体结构变紧凑，可以为水稻根系提供更大的镉物理屏蔽；

（2） 增加根表铁膜的碳-氧结合基团，使铁膜对Cd具有更高的亲和力；

（3） 增加铁膜中硫化物含量，可诱导Cd²⁺以CdS形式沉淀。尽管水培环境中形成的根表铁膜不能完全代表真实土壤环境培养形成的铁膜，但结果表明Si确实通过促进增强铁膜物理屏蔽和镉吸附，改变Cd在根际和水稻组织中的积累。

 

测试液

0.01 mM CdCl₂，0.01 mM CaCl₂，pH 6.0

 

NMT仪器信息

·活体培养环境监测仪

·智能自动化非损伤微测系统

文章原文：https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2023.114879

 

供稿：柳赛花

编辑：叶斌，刘兆义

 

关键词：Cd²⁺；硅处理；重金属；水稻；根；植物类

 

《《 返 回