鎘被公認是最具生物毒性的重金屬之一，該元素容易通過食物鏈在人體和動物體內(nèi)積累，對全球環(huán)境和公共健康構成嚴峻挑戰(zhàn)。研究表明，冶金采礦、工業(yè)廢水、汽車尾氣及農(nóng)業(yè)化學品的使用是鎘污染的主要來源，這一問題在中國尤為突出。根據(jù)《全國土壤污染調(diào)查公報》顯示，鎘元素已成為土壤無機污染中超標率最高的元素之一，其點位超標率高達7%。冬小麥作為中國主要口糧作物，播種面積占比超20%，但其主產(chǎn)區(qū)正面臨嚴重的鎘污染威脅，因此需要采取有效的土壤修復措施，以保障土壤生態(tài)健康與糧食安全。

化學修復材料由于修復周期短、見效快的特點已廣泛應用于土壤修復。其中，新型納米硅材料因其獨特的物理化學性質(zhì)而廣受關注。與傳統(tǒng)硅材料不同，納米硅材料具有更大的比表面積，在重金屬吸附方面具有更好的優(yōu)勢。此外，納米硅能提高植物光合效率，通過促進植物生長、增強抗逆性和改善生理功能來減輕鎘的毒性。但如果過度施用納米硅仍可能會對土壤-植物體系產(chǎn)生二次危害，從而限制修復效果。

近年來，微生物修復手段因其環(huán)境友好性而逐漸受到關注，為克服傳統(tǒng)方法的局限性，青島能源所生物燃氣與環(huán)境工程中心提出了一種創(chuàng)新性的雙重修復策略，將葉面施用納米材料與土壤施用微生物胞外聚合物相結合，聯(lián)合提高土壤修復效率，緩解重金屬對小麥的脅迫。

研究團隊發(fā)現(xiàn)，葉面施用納米硅和土壤添加胞外聚合物的聯(lián)合應用能夠協(xié)同減輕鎘對小麥幼苗的毒性，顯著改變了鎘在小麥根部和葉片中的亞細胞分布，同時提高了其抗氧化能力。該策略通過協(xié)調(diào)抑制鎘從土壤到根系的富集和抑制鎘從根系到葉片的轉運，發(fā)揮了顯著作用。此外，納米硅和土壤添加胞外聚合物，特別是胞外聚合物，顯著介導了根-土壤界面蛋白質(zhì)和多糖的積累，同時刺激了根部巰基化合物的合成和氨基酸代謝過程，為鎘從土壤到根的流入創(chuàng)造了多種障礙。這一方法還提高了小麥的光合作用效率，減少了脂質(zhì)過氧化，減輕了氧化損傷，保護了細胞的超微結構，同時限制了鎘從根到葉的轉運過程。

該研究證明，相較于傳統(tǒng)化學修復材料，微生物胞外聚合物兼具環(huán)境兼容性和生態(tài)安全性，顯著降低了土壤修復過程中所帶來的二次污染風險。未來，可通過定向篩選高效胞外聚合物產(chǎn)生菌、優(yōu)化復合菌群構建，并結合分子修飾提升其吸附特異性，微生物胞外聚合物有望成為綠色可持續(xù)土壤修復技術的關鍵突破口，為安全修復和高效利用受損土壤提供創(chuàng)新解決方案。

相關研究成果以“Reducing Cd Uptake and Translocation in Wheat Seedlings through Integrated Approaches Using Nanosilicon and Extracellular Polymeric Substances”為題發(fā)表在Journal of Agriculture and Food Chemistry期刊上，青島能源所生物燃氣與環(huán)境工程中心博士后張雨為本文第一作者，天津生工所程庭峰與青島能源所生物燃氣與環(huán)境工程中心付善飛研究員為本文共同通訊作者。該工作得到了泰山學者計劃、中國科學院先導A黑土專項、中國科學院-吉林省院地合作產(chǎn)業(yè)化專項等項目的支持。（文/圖 張雨）

原文鏈接：https://doi.org/10.1021/acs.jafc.5c03321