近日，河南農業大學園藝學院設施結構與環境團隊在光質調控黃瓜鎘脅迫響應方面取得新進展。該研究揭示了紅藍光質通過調控光合作用、抗氧化系統及鎘吸收對黃瓜鎘脅迫響應的拮抗調控作用，為利用低耗能LED光源調控植物鎘吸收和抗性提供了理論支持。   　　鎘是一種毒性較強的重金屬污染物，由于工業“三廢”排放日益增加，農業中化肥和農藥的大量施用以及含鎘產品的廣泛應用，土壤鎘污染已成為當今社會普遍關注的問題。植物對鎘污染會產生一系列的應激反應，如氧化應激、酶活性和植物信號物質（激素和鈣離子）失衡，導致光合系統受損、質膜過氧化、細胞損傷、酶活性改變、內質網脅迫、蛋白質降解、DNA損傷或突變，從而影響其生理生化代謝過程， 最終使植物生長受到抑制，甚至死亡。土壤中的鎘被植物吸收后，會隨著食物鏈在高營養級生物體內富集，誘發人體骨質疏松并損壞腎臟，導致人體慢性中毒，甚至出現免疫系統、神經系統及生殖系統損傷等疾病，對人類健康造成嚴重的威脅。針對目前日益嚴重的鎘污染問題，尋找環境友好、高效綠色的調控鎘脅迫抗性的技術手段，已成為可持續發展的必然趨勢。   　　光不僅是植物光合作用的能量來源也是調控植物生長發育和逆境響應的重要環境因子。已報道光調控植物多種必需元素的吸收轉運，但光在植物鎘脅迫響應中的作用及調控機制仍不清楚。研究首先發現，白光下，鎘脅迫顯著上調了黃瓜葉片和根中紅光受體基因光敏色素PHYB的表達。鑒于紅光和藍光是植物進行光合作用和光形態建成的主要有效光譜，也是當前發光二極管（light emitting diode,LED）的主流光源，課題組接著研究了鎘脅迫下白光、紅光和藍光三種光質對黃瓜植株生長、葉綠素含量、光合作用、葉綠體結構、活性氧累積、抗氧化系統及鎘吸收轉運基因表達和累積的影響。結果表明：鎘脅迫下，與白光相比，紅光和藍光分別加重和減輕了鎘脅迫導致的葉片發黃、生物量降低、光合作用抑制和葉綠體結構損傷；紅光和藍光分別抑制和激活了鎘脅迫下黃瓜抗氧化系統，提高和降低了葉片和根中過氧化氫（H2O2）和超氧陰離子（O2.–）的累積；紅光和藍光分別提高和降低了鎘吸收和轉運基因（IRT1、NRAMP1和HMA3）的表達；ICP-AES法和二苯基硫卡巴腙鎘染色檢測結果表明，與白光相比，紅光和藍光分別促進和抑制了鎘在黃瓜體內的累積。     　　綜上所述，紅光和藍光功能拮抗的調控黃瓜鎘脅迫響應。研究結果為我們利用適宜的高比例藍光/紅光或夜間補充藍光提高設施蔬菜鎘脅迫抗性、降低鎘積累或利用適宜的高比例紅光/藍光或夜間補充紅光增強超鎘積累植物富集鎘的能力、降低鎘污染提供了新思路。   　　該研究成果以題為“Red and blue light function antagonistically to regulate cadmium tolerance by modulating the photosynthesis,antioxidant defense system and Cd uptake in cucumber（Cucumis sativus L.）”的研究論文在線發表在國際知名環境科學與生態學學術期刊Journal of Hazardous Materials（中科院一區Top）上。設施結構與環境課題組青年教師國志信副教授為論文第一作者，碩士生呂景麗為第二作者，課題組長國家大宗蔬菜產業體系崗位專家樸鳳植教授為通訊作者。課題組青年教師董韓、董曉星、張濤和杜南山參與了該研究。該研究得到國家自然科學基金青年基金（32002118）、國家現代農業產業技術體系（CARS-23-B02）和河南省科技攻關（202102110198）項目的經費資助。   　　文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2022.128412