针对大面积农田土壤中低重金属污染治理,2019年农业农村部印发的《轻中度污染耕地安全利用与治理修复推荐名录》中提出的通过添加外源物降低农作物重金属积累以进行边生产边修复是保障农产品安全生产和高效利用土地资源的经济有效措施,是目前解决粮食安全与土壤污染治理缓慢尖锐矛盾的最佳方法。纳米颗粒(nanoparticles,NPs)因自身巨大的比表面积、较强的催化和吸附等能力对重金属污染水体和土壤重金属具有极佳的修复效果,纳米−植物联合修复被认为是当前解决植物修复瓶颈的有效手段。其中纳米硫(SNPs)作为一种新兴纳米材料,在农药、杀菌剂、医药、纤维工业等方面均有着重要的应用,然而目前国内外就SNPs对植物的效应评价研究甚少。S作为植物生长必需元素不仅是植物生长代谢所需含S氨基酸和蛋白质的重要来源,而且在植物抵御重金属等逆境胁迫中扮演着重要角色。S元素作用的关键在于巯基(-SH)功能团,-SH具有清除自由基,防止植物氧化损伤,同时能与重金属结合,避免重金属损伤质膜和细胞的作用。SNPs是否较传统硫肥在提高作物产量、改善作物品质和抵御逆境胁迫方面作用更佳值得研究。

 

 

  观赏植物研究中心原海燕团队首次评价了SNPs对作物生长和积累重金属Hg、Cu、As、Pb的作用,发现SNPs不仅可以显著提高油菜、水稻作物产量,而且对降低作物Hg、Cu、As、Pb积累,缓解重金属毒害均具有非常显著的效果。其中,SNPs可降低油菜根系和地上部Hg含量6-10倍,降低Cu含量37.6%和35%,水稻根系、地上部、剑叶、籽粒As含量分别下降69%、38%、18%和54%。另外,与普通硫肥相比,SNPs在提高作物产量和阻控重金属积累方面效果均显著优于普通硫肥。这些结果都表明利用SNPs辅助油菜、水稻在中低重金属污染农田进行种植生产具有非常强的可行性和可操作性。

 

图:SNPs对油菜、水稻生长及Hg、Cu、As积累的影响

  近日,以上研究成果中 “Sulfur nanoparticles improved plant growth and reduced mercury toxicity via mitigating the oxidative stress in Brassica napus L” 已发表于环境领域TOP期刊Journal of Cleaner Production,“Co-exposure of sulfur nanoparticles and Cu alleviate Cu stress and toxicity to oilseed rape Brassica napus L.”被Journal of Environmental Sciences接受待刊,原海燕为论文第一作者和通讯作者,美国马萨诸塞大学Om Parkash Dhankher教授为共同通讯;另外“Nanoscale Sulfur Improves Plant Growth and Reduces Arsenic Toxicity and Accumulation in Rice (Oryza sativa L.)”在环境领域权威期刊Environmental Science &Technology发表,Om Parkash Dhankher教授为通讯作者,原海燕参与完成了部分研究工作。上述研究分别得到了江苏省社会发展项目(BE2018715)、国家自然科学基金(41907135)和美国农业部(USDA-NIFA-2019-05664)等项目的资助。

 

论文链接:https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.128589

     https://doi.org/10.1016/j.jes.2021.09.040

     https://doi.org/10.1021/acs.est.1c05495