采矿、冶炼、污水灌溉等人类活动导致土壤环境中重金属含量增加，而过量重金属积累抑制作物生长，诱发细胞膜脂质过氧化损伤，严重破坏细胞正常的结构与功能。重金属通过食物链富集进入到人体内，影响人体健康，诱发多种疾病。硅是一种对作物有益的元素，在地壳中大量存在，含量仅次于氧元素。小麦是我国重要的粮食作物，减少小麦重金属含量对于保障粮食安全具有重要的意义。
目前外源硅缓解小麦重金属毒害的研究主要集中在形态学及生理层面，其分子机制还不明确。该研究通过营养液模拟试验、转录组测序等技术，发现外源施加1.0 mM硅可有效缓解镉（10 µM）对小麦生长造成的不利影响；外源硅主要通过增强抗坏血酸-谷胱甘肽（AsA-GSH）循环和抗氧化酶活性，减少活性氧的积累，减轻氧化损伤，进而缓解小麦镉毒害；转录组测序结果显示，硅可以通过诱导植物激素信号转导和丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）代谢通路激活转录因子的表达，从而调控大量与元素吸收、重金属解毒、抗氧化防御系统相关基因的表达，减少镉吸收，最终减轻镉毒害。此外，外源硅还可以通过调控天然抗性相关巨噬细胞蛋白（NRAMP5）、重金属转运ATP酶（HMA3）和ATP结合转运蛋白（ABC）等重金属吸收转运相关蛋白的变化减少镉的吸收和积累。该研究从转录组学角度探究硅介导小麦镉毒害和耐性的分子机制，构建了硅缓解小麦镉毒害的分子通路。研究结果不仅加深了硅降低小麦镉毒害分子机理的认识，还为镉污染土壤作物安全生产提供了理论依据。
我院土壤培肥与耕地保育科技创新团队柳海涛博士与2020级硕士研究生焦秋娟为论文共同第一作者，国家小麦工程技术研究中心李鸽子副研究员为通讯作者。我院刘世亮教授、刘芳、赵颖和姜瑛副教授为该项工作做出了重要贡献。该研究得到十四五国家重点研发项目（2021YFD1700900）、河南省科技攻关项目（222102320054）、河南省留学回国人员择优资助项目（30602340）和河南省农业农村厅重点项目（30801910）等项目的资助。
论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0304389423006490