在生态系统中，重金属会导致生物中毒，因为其具有持久性、毒性和不可降解的特性。镉（Cd）是一种重金属元素，在有毒的重金属中，镉是最危险的元素之一。在农业土壤中镉的来源很广，工业原料、采矿废物、污水污泥等的处理都会将镉元素带入到土壤中，从而对生长于土壤中的植物产生毒害作用。在我国，大约有10%的耕地被重金属污染。

在受镉污染的土壤中，植物根、茎、叶中的镉含量都有明显上升。Cd² 具有强植物毒性，会抑制植物生长，甚至使植物死亡。当植物接触到含有镉的土壤时，由于镉是植物非必须元素，当其进入到植物中被积累到一定程度时，就会表现出毒害症状。在植物生长方面，由于在生长介质中与根的直接接触，Cd² 对植物的毒害首先会表现在减少根的生长上，其次是茎的生长迟缓，叶片也会发生明显的黄化、卷曲，Cd还可能会抑制水稻等的生殖器官分化，最终导致作物产量的下降；在细胞结构方面，研究表明，低浓度Cd会导致叶绿体基粒垛堆减少、线粒体内腔嵴突减少或消失，高浓度的Cd会使叶绿体、线粒体膜系统溃解，同时，Cd对细胞膜也会产生非常大的伤害；在生理生化方面，多表现为光合作用和蒸腾作用受到抑制，导致植物中活性氧（ROS）的积累，从而引起氧化胁迫和膜的损伤。

植物——特别是农作物中的镉，会通过食物链进入动物以及人体中，从而对人造成伤害。在谷物中，小麦是最重要的作物，是全球范围性的主食。在全球谷类作物种植中，小麦的种植面积仅次于玉米和水稻，其膳食摄入量位居第二。而小麦相比于其他作物具有更高的Cd积累和迁移能力，不仅会对小麦本身造成很大的毒害，同时小麦谷粒中积累的镉向人体的转移也会给健康带来隐患。因此，必须减少粮食中Cd的积累，从而最终降低镉对广大人群造成的健康风险。

在缓解土壤中Cd对植物毒性的研究中，可发现许多因素都会影响Cd毒害，如Ca、Mg、K、Na等金属离子均能抑制植物对Cd的吸收，这可能是他们在根表面有类似的吸收位点；土壤pH对Cd毒害也有显著的影响，在同等Cd含量的土壤中，pH值越高，植物中的Cd含量越低；植物品种以及一些其他的原因也会对Cd毒性产生一定的影响。

碳量子点具有极好的水溶性、生物相容性、化学惰性、低毒性，且对环境的危害很小，制备成本低廉,使得它可以在生物监测等领域得到广泛应用。同时，碳量子点表面上具有许多官能团，这使得它能够与其他物质之间形成离子键与氢键。目前，已有多种荧光碳量子点被用于水体中的可视化检测重金属离子，其主要原理是金属离子与碳量子表面的官能团耦合，对碳量子点的光致发光产生猝灭作用。此前的许多研究也证明，碳量子点能吸附溶液中包括镉、铜、铅在内的许多重金属离子，这使得碳量子点成为处理环境中重金属离子污染的理想材料。此外，相比于颗粒材料，碳量子点具有更大的比表面积，使得它在解决重金属污染的问题中比其他材料具有更大的优势。

在本课题中，使用不同浓度碳量子点作为镉污染土壤修复剂，使用处理后的土壤培养小麦幼苗，通过对植物和土壤的检测，探究碳量子点对小麦镉毒害的修复作用及其在减少植物镉吸收中的作用。

2. 研究的基本内容与方案

基本内容：

①使用不同浓度碳量子点和镉离子复合溶液对小麦种子进行处理，探究镉胁迫对小麦种子的生长发育的影响和碳量子点小麦种子萌发阶段对镉毒害的作用。

②使用不同浓度碳量子点对镉污染的土壤进行处理，探究小麦幼苗对镉胁迫的生理生化响应，探究碳量子点对土壤中镉污染的修复作用及对小麦幼苗的土壤-根和根-茎镉转运的影响。