半胱氨酸氧化石墨烯（cys-GO）钝化土壤镉降低川芎镉含量机制研究

Ligusticum chuanxiong is an important genuine crude drugs in Sichuan. The problem of cadmium exceed the standard is the key to constrain its security and foreign trade. To reduce the cadmium content of Chuanxiong is an urgent problem to be solved. Among the methods for reducing cadmium content of plants, soil passivation is the only suitable method for chuanxiong for the capability to guarantee the genuineness of Ligusticum chuanxiong. At present, the mechanism of reducing the cadmium content in plants by soil passivation is still to be proved.. Cysteine-graphene oxide (cys-GO) is designed and synthesized based on the investigation of cadmium background of Chuanxiong and the rhizosphere soil and the study of graphite oxide. The material could passivate cadmium in soil in theory and produced the effect of reduction the cadmium content of Ligusticum chuanxiong Hort in the preliminary experiment in pot. This study aims to explore the structure of complex (Cd-cys-GO) generated in Chuanxiong rhizosphere soil and clarify the stability of complex (Cd-cys-GO) in the soil as to illustrate The mechanism of reducing the cadmium content of Ligusticum chuanxiong through passivating soil cadmium with cysteine-graphene oxide (cys-GO). Provide new thinking to solve the problem of chuanxiong cadmium exceed the standard.

川芎是重要的川产道地药材。川芎镉含量超标是制约其安全性和对外贸易的关键。降低川芎镉含量是亟待解决的问题。降低植物镉含量的方法中仅土壤钝化法是适用于川芎，可保障川芎药材道地性。而目前通过土壤钝化降低植物镉含量的机制尚待探明。. 申请者在对川芎及其根系土壤镉背景调查研究和氧化石墨烯材料研究基础上，设计合成了半胱氨酸氧化石墨烯（cys-GO）。该材料在溶液中对镉有优先吸附，理论上可与镉离子配位形成稳定六元环结构，是不易分解为离子态镉的稳定形态，具有钝化土壤镉的能力，在川芎盆栽预实验中有降低川芎根茎镉含量的效果。本研究拟通过探明半胱氨酸氧化石墨烯（cys-GO）在川芎根际土壤中与镉作用生成复合物（Cd-cys-GO）的结构，明确复合物（Cd-cys-GO）在土壤中的稳定性，阐明半胱氨酸氧化石墨烯（cys-GO）钝化土壤镉减少川芎镉含量的机制。为解决川芎镉超标问题提供新思路。

川芎是重要的川产道地药材。川芎镉含量超标是制约其安全性和对外贸易的关键。降低川芎镉含量是亟待解决的问题。降低植物镉含量的方法中仅土壤钝化法是适用于川芎，可保障川芎药材道地性的方法。. 合成用于钝化土壤镉的单层氧化石墨烯与L-半胱氨酸的复合材料（GO-Cys）并明确其结构。研究复合材料（GO-Cys）对镉离子的吸附和解析性质。通过川芎盆栽实验观察了复合材料（GO-Cys）降低川芎吸收镉的作用。研究了复合材料（GO-Cys）对土壤镉形态分布的影响，同时观察了土壤中被材料吸附的镉的解离条件。.合成的复合材料（GO-Cys）为一种延展于氧化石墨烯片层结构上的多孔聚合材料。材料保留了单层氧化石墨烯的片层结构，以及半胱氨酸和氧化石墨烯的多数功能基团。从川芎植株镉含量和川芎根尖细胞损伤两个方面观察并确认了材料在盆栽实验的周期内降低川芎镉吸收的作用，明确了作用大小与材料施用量的正向剂量关系、与土壤镉含量的负向剂量关系。土壤镉含量1.3 mg/kg，300mg/kg材料可将川芎植株镉含量和根细胞损伤状态降低或减轻至土壤本底镉含量（0.3 mg/kg）的川芎植株状态。研究得到了材料吸附镉的机制为基于表面吸附位点和多孔结构中的毛细凝聚作用实现的低浓度时为单层吸附浓度升高为有限多层吸附。明确对起吸附有重要贡献的基团的有来源于半胱氨酸的氨基和来源于氧化石墨烯的羰基。材料对镉离子的吸附容量为60 mg/g。土壤中被材料吸附的镉在土壤形态分析中表现为弱酸提取态，但在川芎盆栽实验周期内川芎正常种植条件下不能解离为游离镉离子，不被川芎吸收，可解释材料降低镉吸收的原因。材料吸附的镉解析为镉离子的临界条件与土壤中天然的弱酸提取态镉解离为游离镉离子的条件的量化的比较需进一步研究观察。. 研究合成的复合材料（GO-Cys）表现出吸附土壤镉离子降低川芎对镉吸收的明确作用。材料尺度尚在微米级别，在根尖细胞中尚未观察到异常物质，可暂不考虑材料被吸入植物造成的安全性问题。复合材料（GO-Cys）应用于降低川芎镉含量具有前景。