综述：整合土壤–微生物–植物体系与转运体介导机制以减轻水稻中潜在毒性元素积累

《Journal of Soil Science and Plant Nutrition》：Integrated Soil–Microbe–Plant and Transporter-Mediated Mechanisms for Mitigating Potentially Toxic Element Accumulation in Rice

　　

摘要

由于工业化进程加快、采矿活动、废水灌溉以及农用化学品过量施用，潜在有毒元素（PTE）对水稻生态系统的污染已成为威胁农业可持续性、粮食安全和人类健康的主要因素。水稻（Oryza sativa L.）是全球超过一半人口的主食，极易富集镉（Cd）、铅（Pb）、铬（Cr）、砷（As）和氟（F），这些元素可能通过"土壤–植物"迁移途径进入人类食物链。然而，现有研究大多较为分散，分别侧重于土壤化学、微生物修复、转运体生物学或农艺管理，而在根际相互作用、转运体介导的摄取、环境调控和田间尺度减排策略之间的整合仍十分有限。因此，本综述批判性地综合了当前关于调控水稻生态系统中PTE积累的物理化学、微生物、分子和农艺机制的现有知识，并评估了减少籽粒污染的可持续修复方法。本研究采用结构化PRISMA式方法，利用Scopus、Web of Science、PubMed和Google Scholar数据库检索2010至2026年间发表的研究。经系统筛选和质量评估后，共选取218篇同行评审研究进行详细综合分析，特别关注转运体生物学、根际微生物学、基因组编辑、宏组学方法和气候智慧型修复策略的最新进展。综述表明，土壤pH值、氧化还原电位、土壤有机质以及铁锰氧化物强烈影响PTE的迁移性和生物有效性，而转运体（如OsNRAMP5、OsHMA3、OsLCT1、OsZIPs和ABC蛋白）则调控PTE的摄取、区隔化、解毒及向籽粒的转运。根际微生物还通过铁载体产生、胞外多糖代谢和抗氧化酶激活促进PTE固定和胁迫耐受性。综合策略——包括生物炭、微生物接种、硅肥施用、低PTE品种选育和干湿交替灌溉（AWD）——显著降低了污染物积累并提高了籽粒安全性。总体而言，PTE的可持续缓解需要整合土壤–植物–微生物管理、基于转运体信息的育种、气候智慧型农艺以及长期田间尺度修复框架，以确保在变化的环境条件下实现安全、有韧性且可持续的水稻生产。