纳米颗粒与根际细菌协同调控水稻镉胁迫抗性的机制研究及可持续修复策略

针对土壤镉(Cd)污染导致的全球性农业安全问题，研究人员通过盆栽实验探究了氧化铁纳米颗粒(FeO–NPs)和巨大芽孢杆菌(B. megaterium)对水稻(O. sativa)镉胁迫的缓解效应。研究发现联合应用100 mg L-1 FeO–NPs和10 ppm PGPR可显著提升抗氧化酶活性(SOD/POD/CAT/APX)，降低MDA和H2O2含量，减少根系Cd积累达47.3%，为重金属污染农田修复提供创新解决方案。

　　

随着工业化和农业扩张，全球约20%的耕地正面临重金属污染威胁，其中镉(Cd)因其高迁移性和生物毒性成为最危险的污染物之一。水稻作为全球半数人口的主粮，其特殊的淹水生长环境使其对Cd的吸收效率是其他谷物的3-8倍，通过食物链富集后可能引发人类肾损伤和骨痛病。传统修复方法如客土法成本高昂，而植物提取技术效率低下。在这一背景下，河海大学（Hohai University）的研究团队在《Environmental Pollution》发表创新研究，首次系统评估了氧化铁纳米颗粒(FeO–NPs)联合巨大芽孢杆菌(Bacillus megaterium)对水稻Cd胁迫的协同缓解机制。

研究采用三因素盆栽实验设计，设置0/50/100 mg kg^-1 Cd梯度，配合50/100 mg L^-1 FeO–NPs和5/10 ppm B. megaterium处理。通过激光共聚焦显微拉曼光谱分析Cd分布，结合HPLC-MS测定有机酸代谢谱，同步监测了生理生化指标动态变化。

Impact of FeO–NPs and B. megaterium on Growth Parameters 部分显示，100 mg kg^-1 Cd使水稻生物量降低62.7%，而100 mg L^-1 FeO–NPs+10 ppm菌剂处理组恢复生长至对照水平91.3%。叶绿素荧光参数Fv/Fm提升2.3倍，气孔导度(g_s)增加178%，表明光合系统获得有效保护。

Discussion 部分揭示分子机制：FeO–NPs通过表面羟基与Cd²⁺形成稳定络合物，降低生物有效性；B. megaterium分泌的吲哚乙酸(IAA)激活H⁺-ATPase泵，促进Fe/Mn等竞争性离子吸收。二者协同使根系Cd积累量降低至28.4 μg/g，同时SOD(超氧化物歧化酶)和APX(抗坏血酸过氧化物酶)活性分别提升2.1和3.4倍。

该研究创新性提出"纳米-微生物"协同修复模型：FeO–NPs提供物理屏障，PGPR调控生理代谢，通过调控柠檬酸/苹果酸分泌比例(从1:3.8优化至1:1.2)实现Cd原位钝化。这一策略使稻米Cd含量降至0.08 mg/kg，低于国际食品安全标准(0.4 mg/kg)，为保障粮食安全提供关键技术支撑。研究建立的"重金属胁迫-生理响应-分子调控"分析体系，为发展智慧型农业修复技术奠定理论基础。