光質調控黃瓜鎘脅迫響應研究獲新進展

近日，河南農業大學園藝學院設施結構與環境團隊在光質調控黃瓜鎘脅迫響應方面取得新進展。該研究揭示了紅藍光質通過調控光合作用、抗氧化系統及鎘吸收對黃瓜鎘脅迫響應的拮抗調控作用，為利用低耗能LED光源調控植物鎘吸收和抗性提供了理論支持。相關論文發表于Journal of Hazardous Materials（《危險材料雜志》）。

鎘是一種毒性較強的重金屬污染物，土壤中的鎘被植物吸收后，會隨著食物鏈在高營養級生物體內富集，對人類健康造成嚴重威脅。針對目前日益嚴重的鎘污染問題，尋找環境友好、高效綠色的調控鎘脅迫抗性的技術手段，已成為可持續發展的必然趨勢。

光不僅是植物光合作用的能量來源，也是調控植物生長發育和逆境響應的重要環境因子。光調控植物多種必需元素的吸收轉運已有報道，但光在植物鎘脅迫響應中的作用及調控機制仍不清楚。

該研究首先發現，白光下，鎘脅迫顯著上調了黃瓜葉片和根中紅光受體基因光敏色素PHYB的表達。鑒于紅光和藍光是植物進行光合作用和光形態建成的主要有效光譜，也是當前發光二極管（LED）的主流光源，研究人員接著研究了鎘脅迫下白光、紅光和藍光三種光質對黃瓜植株生長、葉綠素含量、光合作用、葉綠體結構、活性氧累積、抗氧化系統及鎘吸收轉運基因表達和累積的影響。

結果表明，鎘脅迫下，與白光相比，紅光和藍光分別加重和減輕了鎘脅迫導致的葉片發黃、生物量降低、光合作用抑制和葉綠體結構損傷；紅光和藍光分別抑制和激活了鎘脅迫下黃瓜抗氧化系統，提高和降低了葉片和根中過氧化氫和超氧陰離子的累積；紅光和藍光分別提高和降低了鎘吸收和轉運基因（IRT1、NRAMP1和HMA3）的表達；ICP-AES法和二苯基硫卡巴腙鎘染色檢測結果表明，與白光相比，紅光和藍光分別促進和抑制了鎘在黃瓜體內的累積。

綜上所述，紅光和藍光功能拮抗調控黃瓜鎘脅迫響應。該研究結果為人們利用適宜的高比例藍光/紅光或夜間補充藍光提高設施蔬菜鎘脅迫抗性、降低鎘積累，利用適宜的高比例紅光/藍光或夜間補充紅光增強超鎘積累植物富集鎘的能力、降低鎘污染提供了新思路。