区域创新发展联合基金支撑镉砷污染农田安全...

  在国家自然科学基金区域创新发展联合基金项目资助下，河北农业大学刘文菊团队联合中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心、中国科学院生态环境研究中心，历经四年攻关，在华北农田镉砷污染调控机制研究领域取得重要突破。项目系统揭示了土壤－作物－微生物互相作用，阻控镉、砷污染物进入小麦籽粒的机理，并据此研发出多项实用技术，为粮食安全提供了科技支撑。

  刘文菊指导研究生测定土壤性质。

  华北平原是我国重要粮仓，但部分地区土壤存在轻中度镉、砷污染，导致农作物中这两种污染物时有超标，其中小麦籽粒镉超标问题尤为突出，严重威胁农产品安全。为此，项目组以根－土界面为关键区域，追踪了镉、砷从土壤到小麦籽粒的全过程，最终找到了多个阻控污染物进入粮食的“关卡”。

  团队发现，由两种有益细菌组成的合成菌群MB能够分工协作，其中M菌在镉胁迫下分泌特殊物质，激活B菌的解毒和固镉能力，将大部分镉锁定在小麦根部；同时，菌群在根系形成一层“生物膜屏障”，有效阻止砷向籽粒转运。这一机制显著降低了镉砷复合污染区小麦籽粒中的有害元素含量。

  重金属砷的测定。

  与此同时，研究人员还从小麦根际土壤和根内部分离出多株“功能菌”。其中一株名为Y22的细菌，能分泌硫化氢和铁载体，让土壤中的镉失去活性，抑制小麦吸收和转运镉的功能，降低镉在小麦籽粒中的累积。另一株定殖于根内的细菌L11，则通过根内定殖、生物膜形成及提升根细胞壁中木质素水平，将镉牢牢“关”在根里，阻止其向上运输。

  团队还发现一种内生真菌——淡紫紫孢菌YZ1，它能潜入小麦体内，48小时侵染根表，7天进入中柱，28天抵达叶片。更重要的是，它调控了小麦中一个名为GTL1的“开关”，进而抑制镉向上转运，小麦地上部分镉含量降低50%以上。

  刘文菊指导学生开展小麦-大白菜抗镉微生物组的研究。

  除了利用微生物实现小麦籽粒“降镉”，项目组还从叶片阻控角度研发出实用关键技术：喷施EDTA-锌叶面调理剂。该技术连续四年在多地田间示范，平均每亩为农户挽回损失900元，并带来额外净收益近260元。其原理是EDTA-锌激活小麦茎节和穗轴中两个关键基因HMA3和VP1，促进镉被隔离到细胞液泡中，从而阻断镉向籽粒的运输。

  刘文菊与博士生观察抗镉功能菌的耐镉能力。

  基于这些成果，项目组构建了“土壤调理剂+低积累小麦品种+微生物叶面阻控剂”的立体修复技术体系，入选《河北省受污染耕地安全利用与风险管控技术手册》。其中“农产品产地镉砷铅污染阻控技术”三年来已累计帮助农户减少经济损失近3亿元，得到种植户的广泛认可。项目团队参与制定国家标准和地方标准各1项，并荣获河北省科技进步奖三等奖。

  此外，在联合基金支持下，项目团队还积极开展国际交流，并举办“中英植物－微生物组互作研讨会”，邀请国内外知名学者交流，搭建了高水平的合作平台。