【科研新进展】王佺珍教授团队在纳米氧化锌和生物炭缓解苜蓿镉胁迫方面研究取得重要进展

近日，草业学院王佺珍教授团队在中科院1区环境科学与生态学领域Top期刊《Journal of Hazardous Materials》（IF₂₀₂₂: 14.2235）发表了题为“Antagonistic impact on cadmium stress in alfalfa supplemented with nano-zinc oxide and biochar via upregulating metal detoxification”的研究论文。博士研究生柯瑞(Hafiz Abdul Kareem)为本论文的第一作者，王佺珍教授为该论文通讯作者。

重金属胁迫对作物生产、粮食安全和草原生态系统稳定也存在着巨大威胁。据报道，全球有1000多万个土壤污染地区，其中超过一半地区的土壤受到重金属或类金属污染。目前，我国受重金属污染的农业用地约占全国农业总面积的20%，其中各省受到镉（Cd）污染的农田约有13330公顷。改善生长环境可显著改善紫花苜蓿等牧草对非生物胁迫耐受性。众所周知，锌元素在植物的非生物胁迫调节中起着关键作用，将氧化锌纳米颗粒应用于紫花苜蓿产量提升，可缓解日益剧增的紫花苜蓿干草进口的压力，同时结合现代农业技术保持牧草的高品质。此外，氧化锌纳米颗粒也可作为纳米肥料，其具有传统对应氧化物中不存在的独特特性。

通过植物形态、生理和细胞反应对Cd诱导的损害进行生态毒理学评估，可作为缓解Cd对农业作物负面影响的一种策略。本研究通过苜蓿叶面喷施不同氧化锌纳米颗粒（nZnO）剂量（0、30、60、90 mg kg-1）探究其对不同类型Cd污染土壤（Cd污染土，Cd污染土混合2%的生物炭（BC））的耐受性，并探究其Cd生物累积模式和细胞机制。结果表明：Cd污染可导致紫花苜蓿叶片气孔关闭，并对根和叶的超微结构造成损害。相反，叶面喷施nZnO可逆转上述性状的损害；同时喷施nZnO并将BC添加到Cd污染土壤中，可进一步缓解Cd胁迫损伤影响。综上，在Cd污染土壤中混合2%的BC并结合叶面喷施90 mg kg-1 的n-ZnO溶液可有效避免紫花苜蓿受到Cd胁迫损害。

本研究从形态，生理和细胞层面解析了Cd污染土壤添加生物炭并结合叶面喷施n-ZnO材料对缓解植物受到Cd毒害的影响，为纳米材料在缓解植物重金属胁迫和土壤绿色修复方面的可行性研究提供参考。

该研究得到China-Central Eastern European Countries Higher Education Institutions Consortium (CEHEIC) (202011)项目和National Key R&D Program of China (2017YFE0111000)项目的资助。

原文链接：https://authors.elsevier.com/sd/article/S0304-3894(22)02103-3