Как какао-деревья защищаются от токсичного кадмия

Исследователи из Университета Гренобль-Альпы (UGA) совместно с Европейским центром синхротронного излучения (ESRF) использовали яркое рентгеновское излучение ESRF, чтобы выяснить, как деревья какао защищаются от токсичного металла кадмия. Это знание актуально, поскольку новые правила ЕС ограничивают концентрацию кадмия в шоколаде. Результаты опубликованы в Environmental and Experimental Botany.

Кадмий часто накапливается в пищевых продуктах и является высокотоксичным металлом, опасным для человека при хроническом воздействии. ЕС установил предельные концентрации кадмия в таких продуктах, как рис, пшеница, картофель, а недавно — и в шоколаде.

В то время как перенос кадмия из почвы в съедобные части основных сельхозкультур изучен, исследований по какао почти нет. Понимание того, как кадмий накапливается в деревьях какао, важно для разработки стратегий снижения его содержания в конечном продукте.

Учёные UGA собрали образцы в Международном банке генов какао на Тринидаде и Тобаго, где содержится около 2400 генотипов какао, в сотрудничестве с Центром исследований какао.

В ESRF они исследовали сорт какао, который поглощает больше кадмия, чем другие. Используя синхротронные методы — нано-рентгеновскую флуоресценцию на пучковой линии ID16B и рентгеновскую абсорбционную спектроскопию на ID21 — они изучили микро- и наносостав различных частей растения.

Концентрация кадмия в разных частях растения очень низка, и это исследование было бы невозможно до модернизации ESRF (EBS). Новый микроскоп на ID21 в будущем позволит проводить больше подобных исследований по безопасности пищевых продуктов с улучшенным разрешением и пределом обнаружения.

Результаты оказались неожиданными: часть кадмия хранится в кристаллах оксалата кальция в корнях и ветвях растения какао. Особенно много кристаллов было в ветвях. Хотя кристаллы присутствовали и в листьях, они, по-видимому, не помогали в детоксикации кадмия в этой части растения. Учёные полагают, что кристаллы оксалата кальция являются механизмом детоксикации растения от металла.

Кроме того, было обнаружено, что кадмий соединяется с серой в определённых клетках корней. Этот механизм хорошо известен у корней злаков, где кадмий удерживается в вакуолях и связывается с тиолсодержащими молекулами. В случае какао этот механизм менее выражен, и больше кадмия переносится в надземные части.

В целом, стратегия, которую используют растения какао для управления кадмием, отличается от стратегии злаков с точки зрения переноса от корней к побегам, компартментов хранения и форм хранения.

Это новое знание является необходимым условием для селекции или выведения сортов какао, накапливающих меньше кадмия, и поддержки безопасного производства какао в Южной Америке. Однако необходимы дальнейшие исследования с другими типами растений какао и в различных условиях окружающей среды.