河南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院設(shè)施結(jié)構(gòu)與環(huán)境團(tuán)隊(duì)在光質(zhì)調(diào)控黃瓜鎘脅迫響應(yīng)方面取得新進(jìn)展

 

　　鎘是一種毒性較強(qiáng)的重金屬污染物，由于工業(yè)“三廢”排放日益增加，農(nóng)業(yè)中化肥和農(nóng)藥的大量施用以及含鎘產(chǎn)品的廣泛應(yīng)用，土壤鎘污染已成為當(dāng)今社會(huì)普遍關(guān)注的問(wèn)題。植物對(duì)鎘污染會(huì)產(chǎn)生一系列的應(yīng)激反應(yīng)，如氧化應(yīng)激、酶活性和植物信號(hào)物質(zhì)（激素和鈣離子）失衡，導(dǎo)致光合系統(tǒng)受損、質(zhì)膜過(guò)氧化、細(xì)胞損傷、酶活性改變、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫、蛋白質(zhì)降解、DNA損傷或突變，從而影響其生理生化代謝過(guò)程， 最終使植物生長(zhǎng)受到抑制，甚至死亡。土壤中的鎘被植物吸收后，會(huì)隨著食物鏈在高營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物體內(nèi)富集，誘發(fā)人體骨質(zhì)疏松并損壞腎臟，導(dǎo)致人體慢性中毒，甚至出現(xiàn)免疫系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)及生殖系統(tǒng)損傷等疾病，對(duì)人類(lèi)健康造成嚴(yán)重的威脅。針對(duì)目前日益嚴(yán)重的鎘污染問(wèn)題，尋找環(huán)境友好、高效綠色的調(diào)控鎘脅迫抗性的技術(shù)手段，已成為可持續(xù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

 

　　光不僅是植物光合作用的能量來(lái)源也是調(diào)控植物生長(zhǎng)發(fā)育和逆境響應(yīng)的重要環(huán)境因子。已報(bào)道光調(diào)控植物多種必需元素的吸收轉(zhuǎn)運(yùn)，但光在植物鎘脅迫響應(yīng)中的作用及調(diào)控機(jī)制仍不清楚。研究首先發(fā)現(xiàn)，白光下，鎘脅迫顯著上調(diào)了黃瓜葉片和根中紅光受體基因光敏色素PHYB的表達(dá)。鑒于紅光和藍(lán)光是植物進(jìn)行光合作用和光形態(tài)建成的主要有效光譜，也是當(dāng)前發(fā)光二極管（light emitting diode,LED）的主流光源，課題組接著研究了鎘脅迫下白光、紅光和藍(lán)光三種光質(zhì)對(duì)黃瓜植株生長(zhǎng)、葉綠素含量、光合作用、葉綠體結(jié)構(gòu)、活性氧累積、抗氧化系統(tǒng)及鎘吸收轉(zhuǎn)運(yùn)基因表達(dá)和累積的影響。結(jié)果表明：鎘脅迫下，與白光相比，紅光和藍(lán)光分別加重和減輕了鎘脅迫導(dǎo)致的葉片發(fā)黃、生物量降低、光合作用抑制和葉綠體結(jié)構(gòu)損傷；紅光和藍(lán)光分別抑制和激活了鎘脅迫下黃瓜抗氧化系統(tǒng)，提高和降低了葉片和根中過(guò)氧化氫（H2O2）和超氧陰離子（O2.–）的累積；紅光和藍(lán)光分別提高和降低了鎘吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)基因（IRT1、NRAMP1和HMA3）的表達(dá)；ICP-AES法和二苯基硫卡巴腙鎘染色檢測(cè)結(jié)果表明，與白光相比，紅光和藍(lán)光分別促進(jìn)和抑制了鎘在黃瓜體內(nèi)的累積。

 

 

　　綜上所述，紅光和藍(lán)光功能拮抗的調(diào)控黃瓜鎘脅迫響應(yīng)。研究結(jié)果為我們利用適宜的高比例藍(lán)光/紅光或夜間補(bǔ)充藍(lán)光提高設(shè)施蔬菜鎘脅迫抗性、降低鎘積累或利用適宜的高比例紅光/藍(lán)光或夜間補(bǔ)充紅光增強(qiáng)超鎘積累植物富集鎘的能力、降低鎘污染提供了新思路。

 

　　該研究成果以題為“Red and blue light function antagonistically to regulate cadmium tolerance by modulating the photosynthesis,antioxidant defense system and Cd uptake in cucumber（Cucumis sativus L.）”的研究論文在線發(fā)表在國(guó)際知名環(huán)境科學(xué)與生態(tài)學(xué)學(xué)術(shù)期刊Journal of Hazardous Materials（中科院一區(qū)Top）上。設(shè)施結(jié)構(gòu)與環(huán)境課題組青年教師國(guó)志信副教授為論文第一作者，碩士生呂景麗為第二作者，課題組長(zhǎng)國(guó)家大宗蔬菜產(chǎn)業(yè)體系崗位專(zhuān)家樸鳳植教授為通訊作者。課題組青年教師董韓、董曉星、張濤和杜南山參與了該研究。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金（32002118）、國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系（CARS-23-B02）和河南省科技攻關(guān)（202102110198）項(xiàng)目的經(jīng)費(fèi)資助。

 

　　文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2022.128412