氧化锌纳米颗粒和24-表鬼臼毒素能够在高二氧化碳浓度下减轻水稻中铅和镉的联合毒性：金属转运蛋白、抗氧化防御机制以及营养稳态的作用

《Environmental Science: Nano》：Zinc oxide nanoparticles and 24-epibrassinolide mitigate coexisting lead and cadmium toxicity in rice under elevated CO2: roles of metal transporters, antioxidant defense, and nutrient homeostasis

Elevated CO2 and heavy metals (Cd/Pb) jointly affect rice growth and grain quality, while ZnO-NPs and EBR synergistically mitigate their toxicity through enhanced photosynthesis, antioxidant defense, and regulation of metal transporters.摘要

　　

二氧化碳（CO?）浓度升高以及重金属的毒性对全球水稻生产和粮食质量构成了威胁。研究表明，氧化锌纳米颗粒（ZnO-NPs）和24-表油菜素内酯（EBR）分别能够减轻作物对重金属的吸收；然而，在二氧化碳浓度升高的环境下，这两种物质共同作用时的协同效应尚未得到充分探索。本研究考察了叶面施用ZnO-NPs（50 mg L?1）和EBR（10?? M）单独使用或联合使用，在降低镉（Cd）和铅（Pb）在受镉和铅共同污染土壤中种植的水稻（Oryza sativa L.）中的积累以及维持营养平衡方面的效果（二氧化碳浓度为600 μmol mol?1）。实验结果表明，二氧化碳浓度升高会加剧水稻籽粒中镉的积累（增加了11.21%），同时减少铅的积累（减少了19.09%），尽管与在常二氧化碳浓度下的对照处理相比，水稻生物量略有增加，但营养含量显著下降。ZnO-NPs和EBR的联合应用效果最佳，通过增强光合作用、抗氧化酶活性（SOD、POD、CAT、APX）以及降低氧化应激（MDA、H?O?、EL），显著减少了水稻籽粒中的镉（69.60%）和铅（87.71%）含量。在分子水平上，联合处理显著下调了金属转运基因（OsHMA2、OsHMA6、OsNRAMP5）的表达水平，并上调了铁转运基因OsIRT1的表达水平，从而改善了铁和锌的平衡。此外，营养分析进一步表明，ZnO-NPs和EBR的联合应用逆转了重金属及二氧化碳浓度升高引起的营养缺乏，显著提高了籽粒中的营养含量：锌（163.71%）、铁（257.08%）、锰（213.37%）、镁（189.80%）、钙（313.75%）、钾（304.94%）和铜（204.25%）。总体而言，这些发现为ZnO-NPs和EBR联合应用在二氧化碳浓度升高条件下减轻镉和铅毒性提供了新的机制见解，为确保水稻安全生产和提升粮食质量提供了一种具有气候适应性的策略。