硒钙镁协同调控水稻镉毒性的细胞壁固定化与转运基因抑制机制

针对水稻镉(Cd)污染导致的食品安全问题，中国研究人员通过水培实验探究了硒钙镁(SeCM)联合应用的解毒机制。研究发现SeCM通过增强细胞壁多糖(如果胶、半纤维素)对Cd的固定化，促进羟基/羧基复合物形成，并调控OsNRAMP5、OsHMA2等转运基因表达，使木质部与韧皮部Cd含量降低42.4%和63.5%，为农业Cd污染治理提供了多靶点干预策略。

　　

镉污染已成为威胁全球粮食安全的重大环境问题，尤其在水稻种植区，这种重金属通过土壤、灌溉水和大气沉降进入食物链，最终危害人类健康。水稻对镉具有特殊的富集能力，其根源在于OsNRAMP5等转运蛋白的高效吸收机制。更棘手的是，镉会破坏植物光合作用、抑制根系发育，导致严重减产。传统单一元素修复策略效果有限，而中国中南大学的研究团队创新性地提出硒、钙、镁(SeCM)协同应用方案，系统揭示了其在细胞壁固定化和基因调控层面的双重解毒机制，相关成果发表在《Rhizosphere》上。

研究采用水培实验结合多组学技术，通过Hoagland营养液培养水稻幼苗，设置对照组(CK)、镉处理组(Cd)、SeCM处理组及SeCM+Cd处理组。关键技术包括：细胞壁多糖组分分离（果胶、半纤维素HC1/HC2）、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)分析功能基团、实时定量PCR检测OsNRAMP5等9个转运基因表达、电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)测定Cd含量。

SeCM mitigates Cd-induced growth inhibition in rice
镉胁迫使水稻根长和株高分别降低55.9%和51.9%，而SeCM处理显著逆转这种抑制效应，使生长参数恢复78.8%。生物量数据表明，SeCM使受镉抑制的根干重从54.8%恢复到82.3%，证实其缓解生长胁迫的能力。

SeCM enhances Cd retention in root cell wall fractions
细胞壁组分分析显示，SeCM使果胶结合Cd从19.54增至34.72 μg g^?1
，半纤维素HC1/HC2结合Cd分别提升8倍和5.6倍。同步检测到半乳糖醛酸含量增加21.8%，木质素合成提升37.5%，为Cd固定提供更多羧基结合位点。吸附动力学符合准二级模型，表明SeCM增强细胞壁化学吸附能力。

Functional group characterization of Cd binding
FTIR光谱在3420 cm^?1
和1630 cm^?1
处出现羟基(-OH)和羧基(-COOH)特征峰位移，XPS在Cd 3d轨道结合能处检测到Cd-O和Cd-C键，证实SeCM促进Cd-羟基/羧基复合物形成。

Regulation of Cd transporter genes
SeCM使Cd吸收基因OsNRAMP5和OsNRAMP1表达下调62.3%和58.1%，转运基因OsHMA2降低71.4%。同时上调螯合相关基因OsPCS2(2.1倍)和OsMT2b(3.3倍)，形成"外阻内螯"的防御网络。

该研究创新性地揭示SeCM通过三重机制协同解毒：(1)物理屏障强化——增加细胞壁多糖和木质素含量；(2)化学吸附增强——促进Cd-羧基/羟基复合物形成；(3)生物调控——重构OsNRAMP5-OsHMA2-OsPCS2转运-螯合通路。特别值得注意的是，SeCM使韧皮部Cd含量降低至国际限值(0.2 mg kg^?1
)以下，为开发"细胞壁固定-基因调控"双靶点阻控技术提供了理论依据。这种多元素协同策略相比单一元素处理具有显著优势，在重金属污染农田修复中展现出广阔应用前景。