鎘被公認是最具生物毒性的重金屬之一，該元素容易通過食物鏈在人體和動物體內積累，對全球環境和公共健康構成嚴峻挑戰。研究表明，冶金采礦、工業廢水、汽車尾氣及農業化學品的使用是鎘污染的主要來源，這一問題在中國尤為突出。根據《全國土壤污染調查公報》顯示，鎘元素已成為土壤無機污染中超標率最高的元素之一，其點位超標率高達7%。冬小麥作為中國主要口糧作物，播種面積占比超20%，但其主產區正面臨嚴重的鎘污染威脅，因此需要采取有效的土壤修復措施，以保障土壤生態健康與糧食安全。

化學修復材料由于修復周期短、見效快的特點已廣泛應用于土壤修復。其中，新型納米硅材料因其獨特的物理化學性質而廣受關注。與傳統硅材料不同，納米硅材料具有更大的比表面積，在重金屬吸附方面具有更好的優勢。此外，納米硅能提高植物光合效率，通過促進植物生長、增強抗逆性和改善生理功能來減輕鎘的毒性。但如果過度施用納米硅仍可能會對土壤-植物體系產生二次危害，從而限制修復效果。

近年來，微生物修復手段因其環境友好性而逐漸受到關注，為克服傳統方法的局限性，青島能源所生物燃氣與環境工程中心提出了一種創新性的雙重修復策略，將葉面施用納米材料與土壤施用微生物胞外聚合物相結合，聯合提高土壤修復效率，緩解重金屬對小麥的脅迫。

研究團隊發現，葉面施用納米硅和土壤添加胞外聚合物的聯合應用能夠協同減輕鎘對小麥幼苗的毒性，顯著改變了鎘在小麥根部和葉片中的亞細胞分布，同時提高了其抗氧化能力。該策略通過協調抑制鎘從土壤到根系的富集和抑制鎘從根系到葉片的轉運，發揮了顯著作用。此外，納米硅和土壤添加胞外聚合物，特別是胞外聚合物，顯著介導了根-土壤界面蛋白質和多糖的積累，同時刺激了根部巰基化合物的合成和氨基酸代謝過程，為鎘從土壤到根的流入創造了多種障礙。這一方法還提高了小麥的光合作用效率，減少了脂質過氧化，減輕了氧化損傷，保護了細胞的超微結構，同時限制了鎘從根到葉的轉運過程。

該研究證明，相較于傳統化學修復材料，微生物胞外聚合物兼具環境兼容性和生態安全性，顯著降低了土壤修復過程中所帶來的二次污染風險。未來，可通過定向篩選高效胞外聚合物產生菌、優化復合菌群構建，并結合分子修飾提升其吸附特異性，微生物胞外聚合物有望成為綠色可持續土壤修復技術的關鍵突破口，為安全修復和高效利用受損土壤提供創新解決方案。

相關研究成果以“Reducing Cd Uptake and Translocation in Wheat Seedlings through Integrated Approaches Using Nanosilicon and Extracellular Polymeric Substances”為題發表在Journal of Agriculture and Food Chemistry期刊上，青島能源所生物燃氣與環境工程中心博士后張雨為本文第一作者，天津生工所程庭峰與青島能源所生物燃氣與環境工程中心付善飛研究員為本文共同通訊作者。該工作得到了泰山學者計劃、中國科學院先導A黑土專項、中國科學院-吉林省院地合作產業化專項等項目的支持。（文/圖 張雨）

原文鏈接：https://doi.org/10.1021/acs.jafc.5c03321