Background and aims

Silicon (Si) has been shown to alleviate cadmium (Cd) toxicity in plants, but the effect of Si on hyperaccumulators such as S. alfredii has not been fully elucidated. This study evaluated the impact of exogenous Si on growth, Cd accumulation, and rhizosphere properties of S. alfredii.

Methods

Si was applied to S. alfredii and various parameters were assessed, including biomass, shoot Cd content, chlorophyll, carotenoid levels, malondialdehyde (MDA) content, antioxidant enzyme activity, cell wall composition, soil nutrient availability, and rhizosphere enzyme activities. A thorough transcriptomic analysis was also conducted.

Results

Si significantly increased shoot biomass (21.47–104.35%) and Cd accumulation (144.60–747.11%) in S. alfredii. Si also enhanced chlorophyll levels, reduced the malondialdehyde (MDA) content, increased antioxidant enzyme activities, and mitigated Cd-induced oxidative stress. Si boosted cell wall components, thereby facilitating Cd transport in roots. In rhizosphere soil, Si improved alkaline hydrolysis of nitrogen (AHN), available phosphorus (AP), available potassium (AK), dissolved organic carbon (DOC), and increased available Cd content. Si enhanced rhizospheric enzyme activities. Positive correlations were observed between rhizosphere nutrient availability and plant biomass, enzyme activities and Cd accumulation. Transcriptome analysis showed a higher expression of stress responsive transcription factors (WRKY, basic leucine zipper (bZIP), MYB, NAC) and genes encoding functions involved in metal transport (Heavy Metal ATPases (HMA), Copper Transporter (COPT), chelation (Phytochelatins (PCs), Metallothioneins (MTs), Glutathione (GSH)), and cell wall biosynthesis (Cellulose synthases (Ces), Pectin Methylesterases (PME)).

Conclusions

Si enhanced the tolerance and accumulation of Cd in S. alfredii, underscoring its potential in phytoextraction applications.

中文翻译：

---

硅通过改善生长、镉耐受性和重塑根际特性来增强景天属植物提取

 背景和目标

硅 （Si） 已被证明可以减轻植物中镉 （Cd） 的毒性，但 Si 对 S. alfredii 等超积累者的影响尚未完全阐明。本研究评估了外源 Si 对 S. alfredii 生长、Cd 积累和根际特性的影响。

 方法

将 Si 应用于 S. alfredii 并评估各种参数，包括生物量、地上部 Cd 含量、叶绿素、类胡萝卜素水平、丙二醛 （MDA） 含量、抗氧化酶活性、细胞壁组成、土壤养分有效性和根际酶活性。还进行了彻底的转录组学分析。

 结果

Si 显着增加了 S. alfredii 的地上部生物量 （21.47–104.35%） 和 Cd 积累 （144.60–747.11%）。Si 还提高了叶绿素水平，降低了丙二醛 （MDA） 含量，增加了抗氧化酶活性，并减轻了 Cd 诱导的氧化应激。Si 增强了细胞壁成分，从而促进了 Cd 在根中的转运。在根际土壤中，Si 改善了氮 （AHN） 、速效磷 （AP） 、速效钾 （AK） 、溶解有机碳 （DOC） 的碱性水解，并增加了速效 Cd 含量。Si 增强了根际酶活性。根际养分有效性与植物生物量、酶活性和 Cd 积累呈正相关。转录组分析显示，胁迫响应性转录因子 （WRKY、碱性亮氨酸拉链 （bZIP）、MYB、NAC） 和编码参与金属运输功能的基因（重金属 ATP 酶 （HMA）、铜转运蛋白 （COPT）、螯合物 （植物螯合素 （PC）、金属硫蛋白 （MT）、谷胱甘肽 （GSH）） 和细胞壁生物合成 （纤维素合酶 （Ces）、果胶甲基酯酶 （PME））的基因表达较高。

 结论

Si 增强了 S. alfredii 中 Cd 的耐受性和积累，强调了其在植物提取应用中的潜力。