佛山大學喻敏課題組揭示鎘抑制植物根系生長的新機制

重金屬鎘（Cadmium, Cd）不僅影響植物生長，而且可以通過食物鏈進入人體危害健康。近日，佛山大學國際膜與生物學研究中心喻敏教授課題組先后在

The Crop Journal

Plant Physiology and Biochemistry

水稻是大約60%中國人口和20%世界人口主要食物之一，也是人體攝入重金屬鎘（Cd2+）主要途徑之一。因此，Cd不僅毒害植物生長，而且可以通過食物鏈進入人體并危害人體健康。2025年10月，研究發現，葉面噴施納米鉬（MoNPs）可調控水稻根尖果膠甲酯酶（PME）、果膠含量和酯化程度，進而降低根尖細胞壁Cd積累。隨后，制備水稻組織切片，并利用Cd和H2O2特異性熒光探針標記，使用激光共聚焦熒光顯微鏡成像技術可視化Cd和H2O2亞細胞分布特征，結果發現相鄰細胞連接位點有較多Cd和H2O2積累，且MoNPs施用有緩解效果。進一步研究發現，葉面噴施MoNPs可能通過調控OsRBOHs基因介導胞外H2O2生成，以及調控“抗壞血酸-谷胱甘肽（ASA-GSH）”循環，緩解Cd引發的水稻根尖細胞質外體H2O2爆發。最后，免疫標記結合轉錄組分析發現，MoNPs特異性干擾ROS生成、抗氧化、PME等相關基因，介導ROS穩態和根尖細胞壁Cd積累，從而緩解Cd抑制根系生長。

隨后，利用擬南芥生長素相關轉基因和突變體材料，進一步探究Cd阻礙根系生長的生理和分子機制。利用轉基因DII-venus和DR5rev::GFP材料及酶聯免疫法（ELISA）測定IAA含量，結果表明Cd降低根尖IAA含量進而阻礙根系生長。外源添加yucasin（抑制生長素合成的藥物）或L-kynurenine（TAA1抑制劑），結合生長素合成突變體材料taa1，進一步驗證上述結果。基因表達結合PIN2-Dendra2等轉基因材料分析，結果發現Cd不僅下調關鍵生長素合成基因（如TAA1和YUCs基因）的轉錄，而且可能通過“泛素化-網格蛋白介導內吞”途徑介導根尖細胞膜生長素運輸蛋白PINs豐度，從而調控根尖IAA運輸。

鎘介導IAA阻礙根生長的模式圖

佛山大學農業與生物工程學院陶林講師、本科生王惠和郭芷珊為該論文第一作者，陶林講師兼通訊作者。佛山大學農業與生物工程學院喻敏教授為共同通訊作者；佛山大學本科生陸彥杉、吳嘉怡、劉何佩琳、李靜、張婉茹、張慧渝、周桂煜也參與了該研究。該研究得到國家自然科學基金項目基金、廣東省基金、廣東省科學與技術創新基金項目和2025年度佛山大學學術基金的資助。