编辑推荐：
Cd胁迫下陕西10个烟草品种的生理响应及耐性机制研究表明，G1品种（Haiyan201、QX106、QX200）呈现镉诱导促进效应，干物质积累提升2.38倍，镉主要富集于细胞壁和液泡；G2（Chuanxue3、Haiyan204、QX110）和G3（Haiyan302、QX104、QX100、CX2-2022）分别导致6-49%、12-42%和5-34%的生长抑制，G3品种叶绿素含量下降最显著（34%）。Cd胁迫引发ROS积累（H2O2和O2•-含量增加），且Cd生物富集因子（BAF）与转运因子（TF）呈显著正相关（r=0.892）。透射电镜显示G2/G3品种线粒体和叶绿体结构严重破坏，出现大量镉黑体沉淀。本成果为烟草耐镉种质资源筛选及镉耐受分子育种提供了关键生物学指标。
沙伊斯塔·贾宾（Shaista Jabeen）| 穆罕默德·阿卜杜勒·巴西特（Muhammad Abdul Basit）| 艾哈迈德·穆克塔尔（Ahmed Mukhtar）| 穆罕默德·陶赛夫·贾法尔（Muhammad Tauseef Jaffar）| 穆罕默德·艾哈迈德（Muhammad Ahmed）| 张立新（Lixin Zhang）
中国西北农林科技大学生命科学学院，陕西丝路旱地生物资源与绿色智慧农业联合实验室，杨陵，712100
摘要
镉（Cd）是一种全球性的新兴污染物，会影响农作物生产和环境安全。烟草是一种强镉积累植物，在中国具有重要的经济价值。目前尚未对陕西省种植的烟草品种的镉耐受性和敏感性进行过研究。在本研究中，我们评估了十种烟草品种在镉胁迫（10 mg kg?1）下的形态生理反应。在测试的品种中，第一组（G1）的品种表现出镉诱导的“荷尔蒙效应”，其形态生理发育得到增强。相比之下，第二组（G2）和第三组（G3）的品种在生长、叶绿素含量和光合效率方面分别降低了6-49%、12-42%和5-34%。同时，ROS（活性氧）的可视化与定量分析证实所有测试品种中都积累了H2O2和O2•?。镉积累导致的氧化应激加剧，其中G3品种的CX2-2022表现出最高的镉生物积累因子（BAF）为13.01，而G1品种的BAF最低为5至7，转运因子（TF）最高为2.38。此外，对G2和G3品种的透射电子显微镜分析显示，它们的质体小体、淀粉粒、叶绿体和线粒体数量减少，细胞内出现了大量的黑色密集镉沉淀物；而G1品种的镉主要积聚在细胞壁和液泡中。基于形态生理反应、镉生物积累因子和转运因子，我们确定G1（海彦201、QX106和QX200）为耐镉品种，G2（川雪3、海彦204和QX110）为中等敏感品种，G3（海彦302、QX104、QX100和CX2-2022）为高敏感品种。这些发现为培育耐镉品种以及维持镉污染土壤中的可持续种植提供了宝贵的见解。
引言
镉（Cd）是一种极具毒性的金属，也是已知的致癌物，对农业生产力和环境健康构成重大威胁（Lin等人，2022年）。镉在环境中的积累具有长达10至40年的长半衰期，具有显著的毒性（Jabeen等人，2025年）。导致镉积累的主要因素包括自然过程（如风化）和人为活动（如土壤改良、农业中植物化学物质的使用、化学肥料以及工业活动（García de la Torre等人，2021年；Wu等人，2019年）。在中国，20%的农业用地受到重金属污染（Wang等人，2023年），其中7%受到镉污染（Xu等人，2022年）。总体而言，90%的耕地受到不同程度的镉污染（Lin等人，2022年）。镉的这种生物可利用性和高度移动性对粮食安全和生态系统稳定性构成了严重威胁（Mukhtar等人，2026年）。因此，筛选对镉具有耐受性的作物和品种有助于识别与镉耐受性和解毒相关的关键基因，进而培育出耐镉品种。
烟草（
Nicotiana tabacum L.）在中国具有重要的商业价值，是中国最大的生产和消费国（Zhu等人，2024年）。中国的烟草种植面积达到了1,000,520公顷（Zhu等人，2024年）。烟草植物（
Nicotiana tabacum）对钴（Co）、镍（Ni）、铬（Cr）和镉（Cd）等重金属具有显著的生物积累能力，其中最高浓度通常出现在叶片中（Havryliuk等人，2021年）。在这些有毒金属中，烟草对镉特别敏感（Su等人，2024年），镉会显著阻碍植物的生长、发育、生化过程和养分吸收（Liu等人，2023b；Mahmoudi等人，2024年；Mei等人，2022年）。此外，镉会增加活性氧（ROS）的产生，并改变相对含水量和抗氧化活性/水平等生理参数（Mahmoudi等人，2024年）。不同烟草品种在镉吸收及其在组织中的生物积累方面存在差异，表明其耐受性受遗传背景的影响（Shafiq等人，2020年）。
先前的研究表明，不同品种的烟草可以积累大量的镉（Yunyan97、Yunyan87、Qinyan96、Qinyan95和K326增加了19-29倍）（Jia等人，2025年）。遗传变异影响镉的积累潜力（Liu等人，2023a），比较ZhongYan100（ZY）、ZhongChuan208（ZC）、YunYan87（YY）和K326的结果显示，ZC的镉耐受性最强（Fan等人，2024年），其次是ZY（Liu等人，2023a），然后是K326（Liu等人，2023b）。此外，对十个烟草品种的比较显示，YuYan87、LongJiang851和K326在最大镉浓度下的积累量最高（Liu等人，2019年）。与抑制反应相反，在低镉浓度下，一些作物还表现出生长增强（Chunping等人，2023年）、鲜重和细胞体积增加（Reese和Roberts，1984年），这表明了镉的“荷尔蒙效应”（Erofeeva，2022年；Wang等人，2023年）。尽管已经有一些关于不同镉浓度下烟草品种的研究，但针对雪茄烟草品种的镉暴露对其形态生理变化、镉定量及其亚细胞水平定位的研究仍不足。我们假设：（1）不同烟草品种对镉暴露的反应不同，导致不同的镉积累和转运模式；（2）镉积累与其对形态生理特征的影响之间存在显著关联。
本研究的目的是：（1）测量十种烟草品种在对照组和镉胁迫下的生长参数，包括茎/根长度、鲜重和干重；（2）评估光合效率和叶绿素含量；（3）评估茎和根中的镉含量、生物积累和转运情况；（4）可视化并量化叶片中的H2O2和O2•?；（5）评估细胞超微结构的变化；（6）根据观察结果和线性回归分析，识别耐镉和敏感品种。基于这些目标，本研究旨在探讨镉暴露是否在不同品种中引起类似的形态生理和生化变化，以及品种间镉吸收和转运是否存在可测量的显著差异。本研究的结果将为理解镉胁迫下的耐受机制提供有用的建议，并有助于未来培育耐金属品种。
部分内容摘要
土壤采集与处理
土壤样本采集自中国陕西省汉中市（33.0676° N, 107.0238° E）的农田，深度范围为0至15厘米。采集的土壤经过风干、均质处理后，通过2毫米筛子筛选，然后用于实验。为了建立镉（Cd）污染模型，将土壤与1000毫升预先混合的氯化镉（CdCl2；Macklin Biochemical Co., Ltd., 上海）溶液均匀混合，以达到最终浓度
生物量
根据镉胁迫下生理指标的变化百分比，将观察到的十种烟草品种分为三组（G1、G2、G3）。主成分分析显示，G1品种位于PC1正区域，表明其受到镉的刺激；G2品种位于中间，表现出中等程度的抑制；而G3品种主要位于PC1负区域，表明受到显著抑制（图1）。
第一组（G1）品种（海彦201、QX106
烟草对镉的积累反应
中国烟草制造商根据特定的包装/粘合/填充材料生产需求培育各种雪茄品种。本研究中调查的品种主要由陕西省、海南省、四川省和山东省的农民种植。这些烟草品种在多个形态特征（Chen等人，2024年）、尼古丁含量（Wu等人，2024年）、遮荫反应（Yan等人，2024年）和香气特性（Jiang等人，2024年）方面存在差异。
结论
本研究结果表明，烟草品种在镉耐受性方面存在差异，这体现在它们的镉积累能力、转运能力以及形态生理和细胞反应上。我们观察到G1品种（海彦201、QX106和QX200）在生长和光合作用指标上受到镉的促进作用，表明了“荷尔蒙效应”。耐镉的G1品种能够主动从根部吸收并将镉转运到茎部，而中等敏感的G2品种则不然
CRediT作者贡献声明
沙伊斯塔·贾宾（Shaista Jabeen）：撰写初稿、方法论设计、数据分析、概念构建。
穆罕默德·阿卜杜勒·巴西特（Muhammad Abdul Basit）：审稿与编辑、数据管理。
艾哈迈德·穆克塔尔（Ahmed Mukhtar）：数据可视化、软件应用、实验研究。
穆罕默德·陶赛夫·贾法尔（Muhammad Tauseef Jaffar）：实验研究、数据分析、概念构建。
穆罕默德·艾哈迈德（Muhammad Ahmed）：软件应用、数据分析。
张立新（Lixin Zhang）：结果验证、项目监督、资金筹措。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
