硫营养调控硬粒小麦籽粒镉分配的生理机制及其食品安全意义

本研究针对硬粒小麦籽粒镉(Cd)积累超标问题，通过半水培实验探究硫(S)营养对Cd分配的影响。研究发现，硫剥夺(S0)使籽粒Cd浓度显著增加35%，且根部S与Cd再动员呈正相关，揭示了S-Cd协同转运机制，为通过硫肥管理降低谷物Cd污染提供了新思路。

　　

镉（Cd）作为土壤中天然存在的有毒重金属，通过谷物食品链威胁人类健康，其中硬粒小麦（Triticum turgidum L. subsp. durum）的籽粒Cd积累量尤为突出。欧洲法规（EC 2023/915）规定硬粒小麦籽粒Cd限值为0.18 μg g^?1 FW，但法国约5%产区小麦超标。传统降镉策略如选育低Cd品种因法国主栽品种缺乏功能型TdHMA3-B1基因而受限，因此探索营养调控成为新方向。硫（S）作为必需元素，其与Cd的相互作用在超积累植物中已有研究，但农业相关浓度下的机制尚不明确。

法国波尔多农业科学研究院（ISPA, Bordeaux Sciences Agro）联合国家农业食品与环境研究院（INRAE）的团队在《Journal of Agriculture and Food Research》发表研究，通过半水培体系模拟农业土壤Cd浓度（100 nM），设置标准供硫（S100）、减量供硫（S20）和硫剥夺（S0）处理，结合双阶段采样（乳熟期Z71和成熟期Z91），系统分析了S营养对硬粒小麦Cd分配的影响。关键技术包括：1）半水培系统的精准浓度控制；2）高分辨电感耦合等离子体质谱（HR-ICP-MS）测定元素含量；3）根镉滞留因子（RSF）计算；4）多器官干重与元素分布统计。

研究结果揭示：

1. 植物生长：100 nM Cd未抑制生物量，反而可能通过激素调节促进生长（节点干重增加），但加速叶片衰老（Z71期衰老叶片比例从21%升至36%）。
2. 硫浓度动态：S0处理下，Z91期根部S浓度较S100降低40%，且茎叶S显著再动员，但籽粒S浓度保持稳定，说明S匮乏优先触发营养器官S再分配。
3. 镉积累特征：S0处理使籽粒Cd浓度达0.41 μg g^?1 DW（超标35%），根部Cd-S浓度变化呈强正相关（r=0.80），而Zn无此规律，提示Cd再动员与S代谢特异性偶联。
4. 锌对比分析：Zn在根部与S呈负相关（r=-0.76），且S0/S20处理间斜率差异显著，证实Cd-S互作具有元素选择性。

讨论指出，硬粒小麦根部存在两个Cd库：基础库（独立再动员）和S关联库。硫匮乏通过增强后者向籽粒的转运导致Cd积累，可能涉及含硫配体（如植物螯合肽PCs）介导的长距离运输。该发现突破了传统高Cd/S浓度下的认知框架，首次在农业相关浓度证实了S-Cd再动员耦合效应。研究建议通过同位素示踪和μXRF成像进一步解析两者共定位关系，并为硫肥精准施用降低谷物Cd风险提供理论依据。