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镉被公认是最具生物毒性的重金属之一，该元素容易顺利获得食物链在人体和动物体内积累，对全球环境和公共健康构成严峻挑战。研究表明，冶金采矿、工业废水、汽车尾气及农业化学品的使用是镉污染的主要来源，这一问题在中国尤为突出。根据《全国土壤污染调查公报》显示，镉元素已成为土壤无机污染中超标率最高的元素之一，其点位超标率高达7%。冬小麦作为中国主要口粮作物，播种面积占比超20%，但其主产区正面临严重的镉污染威胁，因此需要采取有效的土壤修复措施，以保障土壤生态健康与粮食安全。

化学修复材料由于修复周期短、见效快的特点已广泛应用于土壤修复。其中，新型纳米硅材料因其独特的物理化学性质而广受关注。与传统硅材料不同，纳米硅材料具有更大的比表面积，在重金属吸附方面具有更好的优势。此外，纳米硅能提高植物光合效率，顺利获得促进植物生长、增强抗逆性和改善生理功能来减轻镉的毒性。但如果过度施用纳米硅仍可能会对土壤-植物体系产生二次危害，从而限制修复效果。

近年来，微生物修复手段因其环境友好性而逐渐受到关注，为克服传统方法的局限性，qy球友会(千亿)生物燃气与环境工程中心提出了一种创新性的双重修复策略，将叶面施用纳米材料与土壤施用微生物胞外聚合物相结合，联合提高土壤修复效率，缓解重金属对小麦的胁迫。

图1 纳米硅和胞外聚合物联合修复作用机制图

研究团队发现，叶面施用纳米硅和土壤添加胞外聚合物的联合应用能够协同减轻镉对小麦幼苗的毒性，显著改变了镉在小麦根部和叶片中的亚细胞分布，同时提高了其抗氧化能力。该策略顺利获得协调抑制镉从土壤到根系的富集和抑制镉从根系到叶片的转运，发挥了显著作用。此外，纳米硅和土壤添加胞外聚合物，特别是胞外聚合物，显著介导了根-土壤界面蛋白质和多糖的积累，同时刺激了根部巯基化合物的合成和氨基酸代谢过程，为镉从土壤到根的流入创造了多种障碍。这一方法还提高了小麦的光合作用效率，减少了脂质过氧化，减轻了氧化损伤，保护了细胞的超微结构，同时限制了镉从根到叶的转运过程。

该研究证明，相较于传统化学修复材料，微生物胞外聚合物兼具环境兼容性和生态安全性，显著降低了土壤修复过程中所带来的二次污染风险。未来，可顺利获得定向筛选高效胞外聚合物产生菌、优化复合菌群构建，并结合分子修饰提升其吸附特异性，微生物胞外聚合物有望成为绿色可持续土壤修复技术的关键突破口，为安全修复和高效利用受损土壤给予创新解决方案。

相关研究成果以“Reducing Cd Uptake and Trans in Wheat Seedlings through Integrated Approaches Using Nanosilicon and Extracellular Polymeric Substances”为题发表在Journal of Agriculture and Food Chemistry期刊上，qy球友会(千亿)博士后张雨为本文第一作者，天津生工所程庭峰与qy球友会(千亿)付善飞研究员为本文共同通讯作者。该工作得到了泰山学者计划、中国科研实验室先导A黑土专项、中国科研实验室-吉林省院地合作产业化专项等项目的支持。（文/图 张雨）

原文链接：http://doi.org/10.1021/acs.jafc.5c03321