重金属，特别是镉（Cd），由于其毒性和生物累积潜力，对环境构成了重大挑战。镉污染已成为全球性问题，受影响的土壤面积持续扩大。每年约有3万吨镉通过工业排放、农业活动和其他人类活动释放到生物圈中。世界卫生组织将镉列为I类致癌物，其高毒性要求对其进行严格监测和管理。[1] 在中国等快速工业化的国家，镉污染问题尤为严重。土壤调查显示，中国农业土壤中的镉浓度范围为0.012至23.33毫克/千克，几何平均值为0.473毫克/千克，[2] 显著超过了0.3毫克/千克的环境安全阈值。[3] 此外，中国约7%的农业土壤中镉含量超过监管限值，使镉成为该地区最普遍的无机污染物。[4]
镉对植物生长不是必需的，但在土壤-植物系统中具有很高的迁移性，这促进了其在根部的吸收并转移到地上部分。这一过程会导致植物中毒，并带来严重的环境风险。[4] 镉的植物毒性通过多种生理机制发挥作用，包括：（1）通过活性氧（ROS）的积累诱导氧化应激，导致DNA损伤和叶绿体超微结构破坏；[5] （2）影响光合色素的生物合成，从而降低光合效率；[6] 以及（3）损害根细胞器，引发脂质过氧化并干扰水分和养分的吸收。[7] 在各种重金属中，镉的土壤到植物的转移能力最强，其生物浓缩因子（BCF）是汞（Hg）的30倍。[8] 特别是生菜（Lactuca sativa L.）等叶类蔬菜，更倾向于在可食用组织中积累镉，增加了饮食暴露的风险。[9]
植物采用多种解毒策略来应对镉胁迫。根细胞壁作为第一道物理屏障，其完整性受激素信号调控。镉进入根部后，特定的转运蛋白介导其吸收，随后被植酸螯合素（PCs）、金属硫蛋白（MTs）和谷胱甘肽（GSH）等配体螯合，并最终隔离到液泡中。这一机制对于减轻细胞毒性至关重要。此外，包括超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、抗坏血酸过氧化物酶（APX）在内的酶促抗氧化系统，以及非酶促抗氧化剂共同清除镉胁迫引起的ROS。在水稻、小麦和拟南芥中的转录组研究表明，存在涉及转运蛋白、信号级联和苯丙素生物合成的镉响应通路。[10],[11] 然而，叶类蔬菜（尤其是生菜）的响应机制仍缺乏充分研究。
尽管植物具有多种解毒机制来应对重金属胁迫，但在长期或高强度污染条件下，这些先天防御系统往往不够有效。硒（Se）对植物生理具有积极作用，能够增强抗氧化能力、提高光合效率并减轻重金属毒性。值得注意的是，纳米硒（SeNPs）在发挥这些保护功能方面比亚硒酸盐（SeO?2?）更有效。例如，Qi等人[12]报告称，SeNPs通过抑制NADPH氧化酶的表达，比SeO?2?更有效地抑制了镉诱导的ROS产生。Yang等人[13]还发现，SeNPs处理显著减少了Cardamine violifolia中的镉积累，同时增加了16.3%的生物量并提高了27.0%的净光合速率。此外，钼（Mo）是植物必需的微量元素，参与多种对植物生长调控至关重要的代谢和细胞过程。多项研究表明，Mo在减轻重金属胁迫方面具有积极作用。[14],[15] 因此，Se和Mo之间可能存在协同效应。Se主要作为直接抗氧化剂，作为抗氧化酶的辅因子，在重金属胁迫下清除ROS并减少脂质过氧化。[16] 而Mo则作为硝酸盐还原酶的辅因子，在胁迫条件下促进氮的运输和固定，从而促进植物生长和发育。[17] 最近的一项研究表明，无机Se和Mo的联合应用可以通过促进细胞壁中的铬（Cr）螯合和调节其亚细胞分布来降低烟草中的铬毒性。[18],[19] 这些发现共同表明，Se-Mo组合在减轻植物镉胁迫方面具有巨大潜力。纳米农业的进步表明，纳米Se和纳米Mo具有独特的物理化学性质和更高的有效性。[12],[20] 它们的纳米级尺寸和高比表面积使得它们能够通过气孔或角质层高效进入植物细胞。然而，这些纳米材料也因其相对较低的生物相容性和潜在的高毒性而带来挑战。[21]
在纳米材料中，碳点（CDs）通常小于10纳米，并具有独特的物理化学性质，包括可调的光致发光、丰富的表面官能团（如-OH、-COOH、-NH?）、优异的水溶性、高光稳定性、低细胞毒性和易于从多种前体合成。这些性质推动了多个领域的广泛研究。[22],[23],[24] 最近，农业成为CDs的一个极具前景的应用领域，研究表明CDs可以促进种子萌发、增强植物生长、[22] 提高光合效率、[25] 并缓解干旱、[26] 盐碱[27] 和重金属毒性[28]等非生物胁迫。特别是CDs能够穿透植物细胞、运输功能性元素并调节抗氧化系统，使其在减轻作物重金属胁迫方面具有巨大吸引力。[29]
鉴于Se和Mo在抗氧化防御和重金属解毒中的互补作用，我们假设将Se和Mo共掺入碳点（MoSeCDs）会产生协同效应，从而比未掺杂的CDs或仅掺杂Se的CDs（SeCDs）更有效地减轻生菜中的镉毒性。为了验证这一假设，我们合成了MoSeCDs，并将其镉缓解效果与未掺杂的CDs和SeCDs在生菜中的效果进行了比较。从镉积累、光合性能、抗氧化酶活性、细胞壁组成和镉的亚细胞分布等方面研究了其作用机制。如图1所示，MoSeCDs有效增强了生菜中的镉解毒作用，同时对铅（Pb）、铜（Cu）和铝（Al）的毒性也具有广谱效果。
