Sulfur nanoparticles enhance Cd-phytoremediation in Salix chaenomeloides via alleviating phytotoxicity and modulating rhizosphere microbiota

植物毒性 根际 化学 硫黄 植物修复 开枪 活性氧 丙二醛 超氧化物 硫代谢 植物 谷胱甘肽 细菌 生物化学 超量积累植物 生物量(生态学) 植物螯合素 超氧化物歧化酶 硫酸盐 拟南芥 拟南芥 染色体易位 大肠杆菌 环境化学 转化(遗传学)
作者
Yaping Wang,Yichen Xu,Yini Cao,Chuanxin Ma,Zeyu Cai,Jason C White,Yunpeng Wang,G X Chen,Wende Yan,Baoshan Xing
出处
期刊:Tree Physiology [Oxford University Press]
卷期号:46 (5)
标识
DOI:10.1093/treephys/tpag041
摘要

Sulfur application can enhance plant tolerance to toxic metal stress, but the underlying physiological and microecological mechanisms in woody plants remain poorly understood. In this study, Salix chaenomeloides was treated with sulfur nanoparticles (S NPs) at dosages of 60 and 120 mg kg-1 under cadmium (Cd) stress. We evaluated the in planta physiological responses and rhizosphere microbial processes mediating Cd tolerance and phytoremediation efficiency. S application (sulfate and S NPs) significantly stimulated Salix growth, increasing above-ground and root biomass by 15.2-28.6% and 26.9-49.5%, respectively, compared with Cd alone treatment. Notably, S NPs outperformed sulfate in alleviating Cd-induced oxidative damage, reducing malondialdehyde and superoxide anion contents by 22.4-23.8% and 82.9-84.5%, respectively, compared with Cd alone. Under Cd stress, 120 mg kg-1 S NPs application significantly increased glutathione and oxidized-glutathione contents by 8.96% and 33.0%, respectively, compared with Cd alone. Sulfur NPs significantly upregulated the expression of genes involved in metal transport and sulfur metabolism. The abundance of the Cd tolerance gene czcC and sulfur transformation genes (cysH, dsrA and soxB) was significantly increased by S NPs application under Cd stress. The expression levels of functional genes linked to the S-cycle showed a noteworthy positive relationship with the translocation factor of Cd in shoots and the total accumulation of Cd. These findings demonstrate that S NPs represent a safe and sustainable strategy to enhance Cd phytoextraction and mitigate phytotoxicity in Salix.
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