Mercapto-Functionalized Carbon Dots Reduce Cadmium Accumulation in Wheat Grains via Plant–Soil–Microbial Regulation

化学 植物毒性 生物炭 农学 土壤水分 生物利用度 APX公司 灌溉 食品科学 生物量(生态学) 环境化学 碳纤维 矿化(土壤科学) 重编程 抗氧化剂 吸附 光合作用 土壤碳 固碳 生物燃料 生物物理学 浸出(土壤学) 细菌 生物能源 生物化学 骨桥蛋白
作者
Li Zhang,Lijie Zhao,Ajit K Sarmah,Jian Sun,Nan Zhao,Qiang Zeng,Yuepeng La,Dasong Lin,Ruigang Wang
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:19 (46): 39873-39889
标识
DOI:10.1021/acsnano.5c13450
摘要

Sustainable strategies to reduce Cd accumulation in wheat grown on Cd-contaminated alkaline soils remain limited. Here, we developed mercapto-functionalized carbon dots (SH-CDs) from Salvia miltiorrhiza biomass via a solvent-free ball milling approach with 3-mercaptopropyltrimethoxysilane. SH-CDs exhibited superior Cd2+ adsorption capacity (35.9 mg·g-1), primarily attributed to the strong affinity of surface-bound mercapto (-SH) groups, as confirmed by DFT calculations. SH-CDs applied via soil irrigation (800 mg·L-1) and foliar spraying (1 mg·mL-1) effectively reduced Cd content in wheat grains by 61.1% and 43.8%, respectively, compared to the control group (CK), while grain yield increased significantly by 24.5% and 12.4%. Soil irrigation with SH-CDs transformed soil Cd into less bioavailable fractions, reducing diethylenetriaminepentaacetic acid-extractable Cd (DTPA-Cd) by 13.6-45.7%. Integrated transcriptomic and metabolomic analyses revealed that SH-CDs mitigate Cd accumulation and phytotoxicity through: (1) enhancing photosynthesis (upregulating Lhca/b, Psa, Psb genes) and antioxidant defense (elevating SOD, CAT, POD, GSH; upregulating GST, APX); (2) promoting Cd sequestration in cell walls via remodeling genes involved in lignin, cellulose, and pectin biosynthesis; (3) regulating Cd transporters (upregulating ABCG3/7, ABCC2/3/4; downregulating HIPP27/45); and (4) reprogramming stress-related metabolites (amino acids, lipids, flavonoids). Additionally, SH-CDs irrigation enriched soil plant-growth-promoting and heavy-metal-resistant bacteria (e.g., Lysobacter and Vicinamibacteraceae). This work elucidates the multifaceted plant-soil-microbe mechanisms underpinning the efficacy of SH-CDs, demonstrating their potential as a nanoenabled strategy for safe crop production in Cd-contaminated farmlands.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
刚刚
Giselle发布了新的文献求助10
1秒前
1秒前
2秒前
愉快柠檬发布了新的文献求助10
2秒前
头秃旺发布了新的文献求助10
2秒前
WangBoBo发布了新的文献求助10
3秒前
JamesPei应助kalcspin采纳,获得10
4秒前
wanci应助沉静道罡采纳,获得10
4秒前
陈陈陈发布了新的文献求助10
4秒前
5秒前
研友_RLN4OZ发布了新的文献求助10
5秒前
心灵尔安发布了新的文献求助10
6秒前
ddv发布了新的文献求助10
8秒前
8秒前
馥桉樊完成签到,获得积分10
9秒前
正直的寻桃完成签到 ,获得积分10
9秒前
小菀儿完成签到 ,获得积分10
9秒前
小菀儿完成签到 ,获得积分10
9秒前
tian完成签到,获得积分10
9秒前
沉静道罡完成签到,获得积分10
10秒前
苗条雨完成签到,获得积分10
11秒前
俏皮听寒完成签到,获得积分10
11秒前
香蕉觅云应助诚心的道罡采纳,获得30
11秒前
电梯应助pppppristine采纳,获得10
12秒前
三虎发布了新的文献求助20
12秒前
tt发布了新的文献求助10
12秒前
ddv关闭了ddv文献求助
12秒前
酷波er应助一切都好采纳,获得10
13秒前
vanliu完成签到,获得积分10
13秒前
把v完成签到 ,获得积分10
13秒前
伦纳德发布了新的文献求助30
14秒前
啦啦啦发布了新的文献求助10
15秒前
15秒前
17秒前
dde应助liulangnmg采纳,获得50
20秒前
20秒前
20秒前
爱科研的小白完成签到 ,获得积分10
21秒前
xiaochuan发布了新的文献求助10
21秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Römisch-Germanische Forschungen 1000
The Oxford Handbook of Digital Classical Studies 550
China Pluperfect I: Epistemology of Past and Outside in Chinese Art 520
Matrix Methods in Data Mining and Pattern Recognition Second Edition 510
The fast track to determining transfer functions of linear circuits: The student guide 500
The Analytical and Numerical Solution of Electric and Magnetic Fields 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 内科学 物理 复合材料 催化作用 细胞生物学 无机化学 光电子学 物理化学 电极 基因
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7618235
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9193500
关于积分的说明 19704332
捐赠科研通 7190711
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3272203
关于科研通互助平台的介绍 2434900
邀请新用户注册赠送积分活动 2267412