《Plant Growth Regulation》：Silicon mitigates cadmium toxicity in grain Amaranth (Amaranthus cruentus L.)
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本研究针对重金属镉污染对作物生产的严重威胁，创新性地探究了硅元素在缓解籽粒苋镉毒害中的多重作用机制。通过水培实验系统分析硅对镉胁迫下植物生长、生理生化特性及基因表达的调控效应，发现适宜浓度硅能显著降低镉积累并增强植物抗逆性，为重金属污染农田安全利用提供了新策略。
随着工业化和农业现代化进程加速，土壤重金属污染已成为威胁全球粮食安全生产的突出环境问题。其中镉作为具有高迁移性和强毒性的重金属元素，可通过作物吸收富集进入食物链，不仅抑制作物生长发育，更对人类健康构成严重威胁。在众多农作物中，籽粒苋(Amaranthus cruentus L.)作为营养丰富的伪谷物，因其对环境胁迫具有独特耐受性而受到关注，但关于其应对镉胁迫的机制研究仍较有限。
近期发表在《Plant Growth Regulation》的研究论文系统揭示了硅元素在缓解籽粒苋镉毒害中的多重保护机制。研究人员通过水培实验设计六种处理组合（对照、单独硅处理、单独镉处理及硅镉复合处理），从植物生长指标、根系形态解剖结构、光合色素含量、抗氧化酶活性、元素积累分布以及应激相关基因表达等多个维度，深入解析了硅的缓解效应。
研究采用水培体系培养籽粒苋品种Pribina，通过测定生物量参数和生长耐受指数评估镉胁迫影响；利用根系扫描系统分析根系构型特征；采用组织化学染色法观察镉在组织的分布定位；通过原子吸收光谱测定元素含量；借助实时荧光定量PCR技术分析基因表达变化。
硅对镉胁迫下苋菜生理特性的影响
研究发现镉处理使植株总鲜重降低55%，而添加1 mM硅使根鲜重、总鲜重和根干重分别显著增加63%、59%和80%。生长耐受指数显示，硅处理使镉胁迫植物的耐受性提高约30%，其中1 mM硅效果尤为显著。
根系形态解剖结构对镉胁迫的响应
镉胁迫导致根总长度减少41%，根体积减少80%，根尖数量减少74%。硅添加后这些参数明显改善，1 mM硅使根总长度增加72%，根体积增加181%。横切面观察发现硅处理恢复了根系中柱和木质部面积，减轻了镉引起的结构损伤。
光合色素与抗氧化酶系统的调控
镉胁迫意外地使叶绿素a、b和类胡萝卜素含量增加约70%，而硅处理使光合色素含量恢复至正常水平。抗氧化酶检测显示，镉处理使根中GPX和APX活性分别提高25%和76%，硅添加后这些酶活性恢复至对照水平。
元素积累与转运特征
镉主要在根中积累（1480.01 mg/kg DW），地上部积累量较低（322.64 mg/kg DW）。硅处理显著降低植株镉含量，2.5 mM硅使根和地上部镉含量分别降低49%和80%。硅还调节了钙、铁、钾等必需元素的吸收分配。
应激相关基因表达模式
镉胁迫显著诱导Ah24和AhERD基因表达（分别上调9.22倍和11.76倍），而硅处理使这些基因表达下调。Chit5和GSH1基因也呈现类似表达趋势，表明硅在转录水平缓解镉胁迫。
研究结论表明，硅通过多重机制缓解镉毒害：在植物外部形成硅-镉复合物降低镉生物有效性；在植物内部增强细胞壁镉固定能力，减少向地上部转运；调控抗氧化酶系统和应激相关基因表达，增强植物整体抗逆性。这些发现为利用硅肥减轻农作物镉污染提供了理论依据，对重金属污染区安全生产具有重要实践价值。
