由于人类活动造成重金属在环境中过度积累。中国重金属污染土壤总面积超过2000万公顷，污水灌溉的土壤有26.4%受到重金属污染。农业生态系统中重金属的积累可能会对作物生产产生不利影响。然而，目前我们对用含镉（Cd）污水灌溉是否会影响作物的低温耐受性知之甚少。此外，脱落酸（ABA）参与诱导植物对低温和Cd的抗性调控过程。为此，东北地理所作物生理与栽培学科组研究人员以大麦野生型及其ABA缺失突变体为研究对象，针对土壤Cd污染影响大麦低温抗性生理机制开展研究工作。
研究发现，低温胁迫抑制了叶片光合电子传递，导致大麦中活性氧的积累。Cd在低温下加剧了叶绿体超微结构的破坏并扰乱了离子稳态。Cd的存在还增加了过氧化氢和超氧阴离子的产生，同时降低了抗氧化酶的活性，从而降低了植株低温抗性并抑制了植株生长。与野生型相比，突变体在Cd和低温下具有较低的ROS清除能力和光系统II的最大量子效率，表明ABA可能参与了大麦对Cd和低温多胁迫响应。此外，Cd重复结合因子和冷响应（CBF-COR）信号通路在低温下受到Cd处理的负面影响明显，这也降低了大麦的低温抗性。因此，研究表明Cd降低了大麦低温抗性，凸显了Cd污染影响作物生产的潜在风险。土壤中的Cd污染不仅对作物生长有直接影响，而且可能限制作物对其他非生物胁迫的抗性。
研究成果发表于Journal of Hazardous Materials，由作物生理与栽培课题组博士后刘磊（第一作者）、李向楠研究员（通讯作者）等完成。相关工作得到了国家优秀青年基金，中科院百人计划，国家自然科学青年基金，中国博士后科学基金等项目资助。
文章链接 https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2022.128489
18926578588