Silicon reduces toxicity and accumulation of arsenic and cadmium in cereal crops: A meta-analysis, mechanism, and perspective study

修正案 水稻 毒性 开枪 生物利用度 砷毒性 作物 生物量(生态学) 生物技术 化学 农学 环境化学 毒理 生物 生物化学 基因 药理学 政治学 法学 有机化学
作者
Fujian Huang,Zimin Li,Xing Yang,Hongjie Liu,Li Chen,Nan Chang,Haoran He,Yi Zeng,Tianyi Qiu,Linchuan Fang
出处
期刊:Science of The Total Environment [Elsevier]
卷期号:918: 170663-170663 被引量:13
标识
DOI:10.1016/j.scitotenv.2024.170663
摘要

Arsenic (As) and cadmium (Cd) are two toxic metal(loid)s that pose significant risks to food security and human health. Silicon (Si) has attracted substantial attention because of its positive effects on alleviating the toxicity and accumulation of As and Cd in crops. However, our current knowledge of the comprehensive effects and detailed mechanisms of Si amendment is limited. In this study, a global meta-analysis of 248 original articles with over 7000 paired observations was conducted to evaluate Si-mediated effects on growth and As and Cd accumulation in rice (Oryza sativa L.), wheat (Triticum aestivum L.), and maize (Zea mays L.). Si application increases the biomass of these crops under As and/or Cd contamination. Si amendment also decreased shoot As and Cd accumulation by 24.1 % (20.6 to 27.5 %) and 31.9 % (29.0 to 31.9 %), respectively. Furthermore, the Si amendment reduced the human health risks posed by As (2.6 %) and Cd (12.9 %) in crop grains. Si-induced inhibition of Cd accumulation is associated with decreased Cd bioavailability and the downregulation of gene expression. The regulation of gene expression by Si addition was the driving factor limiting shoot As accumulation. Overall, our analysis demonstrated that Si amendment has great potential to reduce the toxicity and accumulation of As and/or Cd in crops, providing a scientific basis for promoting food safety globally.
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