2025年第6期（总第59期） 往期回顾
周东美团队发现降低小麦籽粒镉含量的纳米技术解决方案
点击次数：72 更新时间：2025-06-25
研究背景
当前有效降低中碱性土壤生长的小麦籽粒的镉积累仍然是一个挑战。二氧化钛纳米颗粒 (TiO₂-NPs) 是一种常用的 NPs，目前对 TiO₂-NPs 的研究主要关注其在植物中的吸收和转运机制，对重金属的影响尚无一致结论，尤其是在田间试验的应用。适当减少种植间距增加种植密度可以有效降低作物重金属的积累。而当前对于 TiO₂-NPs 对重金属胁迫的影响机制尚不明确，限制了 TiO₂-NPs 在农业上的应用。研究内容
近日，南京大学周东美教授带领研究团队采用叶面喷施 TiO₂-NPs 和提高种植密度相结合的方法在实际田间条件下进行了试验，并通过代谢组学和转录组学联用揭示了 TiO₂-NPs 降低小麦籽粒镉含量的机制。该工作确定了喷施 21.6 mg/m² TiO₂-NPs 协同高种植密度 (0.051 kg/m²) 显著降低了小麦籽粒的镉含量，揭示了亚细胞水溶态中镉的固定化以及镉在叶片中转化为有效性低的镉形态是籽粒镉含量降低的主要原因。通过代谢组学进一步揭示了与抗氧化活性、植物抗逆性、促进生长和三羧酸 (TCA) 循环相关的代谢物的上调，增强了小麦抗氧化酶活性，促进了小麦的生长，缓解了小麦的氧化应激。转录组学分析验证了这些反应与植物抗逆性提高之间的关联，MYB、WRKY、P450 和 Cd 转运相关基因是导致小麦镉含量降低的重要机制。总体而言，叶面喷施 TiO₂-NPs 与提高种植密度相结合有助于减少小麦籽粒中的镉含量，降低了镉通过食物链暴露于人类健康的风险。这些结果对于由纳米技术驱动的农业发展提供了启示和理论指导。该成果以“Synergistic effect of foliar exposure to TiO₂ nanoparticles and planting density modulates the metabolite profile and transcription to alleviate cadmium induced phytotoxicity to wheat (Triticum aestivum L.)” (《喷施 TiO₂-NPs 协同种植密度调节小麦 (Triticum aestivum L.) 代谢和转录以减轻镉诱导的植物毒性》) 为题，发表在英国皇家化学会期刊 Environmental Science: Nano #ESNano 上。
论文信息
Synergistic effect of foliar exposure to TiO2 nanoparticles and planting density modulates the metabolite profile and transcription to alleviate cadmium induced phytotoxicity to wheat (Triticum aestivum L.)
Min Wang, Junxiao Luo, Hongbo Li, Chenghao Ge, Feng Jing, Jingxia Guo, Qingya Zhang, Xuezhen Gao, Cheng Cheng* and Dongmei Zhou*（周东美，南京大学）
Environ. Sci.: Nano, 2025, 12, 879-893
https://doi.org/10.1039/D4EN00763H
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/8IWuju6rbtRoQAVSMTk1WA