近日，我校地理与环境科学学院杨华博士等人在在农林科学领域1区Top期刊Journal of Agriculture and Food Chemistry (IF=4.192)在线发表题目为“Interactive Effects of Lanthanum and Calcium on Cadmium Accumulation in Wheat with Special Reference to TaNramp5 Expression Regulated by Calmodulin”的研究论文。该研究阐明了镧降低镉在小麦中蓄积的可能分子机制。这对施用营养元素镧以降低镉在作物中的蓄积提供了重要的理论依据。

 

镉（Cd）是环境中毒性最强的重金属元素之一，长期暴露会对人体健康造成严重危害。镉不是植物生长的必须元素，植物没有镉特异性转运蛋白。但由于位于根质膜上必需元素的转运蛋白或离子通道缺乏特异性，镉会通过这些转运蛋白或离子通道进入植物根细胞。尤其是，由于镉和钙（Ca）有相似的离子半径（分别为0.99 Å和0.97 Å），因此二者具有相似的理化性质。钙对镉在植物中蓄积的拮抗作用已在先前的研究中被大量报道。镧（La）作为最重要的稀土元素之一，能够促进植物生长和提高作物产量， 由于镧的离子半径(1.06 Å)与钙离子和镉离子相近，因此，镧与钙和镉同样具有相似的理化性质。镧能够缓解植物的缺钙症状，同样，镧还能缓解镉对植物的毒性以及降低镉在植物中蓄积。

 

目前，有关镧和钙相互作用对植物生长和镉蓄积的影响仍未知。为此，杨华等人在前期研究的基础上，通过3×3×3因子的正交实验，研究了镉胁迫下镧和钙相互作用对小麦生长和镉蓄积的影响。结果表明（如图1），La-Cd和La-Ca对小麦的生长具有显著的交互作用。La-Ca和La-Cd以及La-Ca-Cd对镉在小麦中的蓄积具有显著的交互作用。相关分析表明，缺钙能刺激镧促进小麦生长并缓解镉的毒性。同时，缺钙能刺激镧降低小麦对镉的蓄积并诱导TaNramp5表达。进一步，杨华等人研究了钙调蛋白抑制剂（W7）、镧和钙对镉在小麦中蓄积的交互影响，发现W7-La和W7-La-Ca对镉在小麦中的蓄积具有显著的交互影响。所有结果表明，镧、钙和镉可能分享共同的钙调蛋白(TaCaM)结合位点，镧可能通过与钙调蛋白相互作用而调控TaNramp5的表达，从而影响镉在小麦中的蓄积。

该研究得到国家重点研计划(2017YFD0801500)、国家自然科学基金（U1612442）、基础研究（黔科合基础[2019]1238号）和省普通高等学校科技拔尖人才支持计划（黔教合KY字[2018]040）的联合资助。

论文连接：

https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.jafc.1c00365

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