Review

Soil to plant transfer of cadmium^☆

Le transfert de cadmium du sol à la plante

LSE, Université de Lorraine, INRAE, F-54000 Nancy, France

^* Corresponding author: thibault.sterckeman@univ-lorraine.fr

Received: 31 January 2025
Accepted: 8 April 2025

Abstract

In soil, cadmium (Cd) is mainly adsorbed onto organic matter and iron hydroxides. Due to the difference in transmembrane electrochemical potential, the hydrated ions (Cd²⁺) present in the soil solution at the nanomolar level penetrate root cells. They hijack nutrient transporters such as those for iron, manganese, and zinc. Cadmium is mostly sequestered in the vacuoles of root cells, but some diffuses towards the vascular bundles, where it is released into the raw sap. It thereby reaches the aerial parts with the sap flow driven by transpiration. Transport proteins allow Cd to be released into the cells of stems and leaves, where is it stored and detoxified in the vacuoles and in the cell walls. A significant part of the Cd absorbed can be translocated via the phloem, depending on the plant species. It is through phloem flow that Cd reaches the seeds, either directly from the roots or through remobilisation from the stems and leaves. The Cd content in crops depends primarily on the soil Cd content and availability, and secondarily on the crop genotype. In France, while much has been done to reduce Cd availability in soils, genetic selection is a potential solution to further reduce the metal in harvests.

Résumé

Dans les sols, le cadmium (Cd) est principalement adsorbé sur la matière organique et les hydroxydes de fer. En raison de la différence de potentiel électrochimique transmembranaire, les ions hydratés (Cd²⁺), présents en solution dans le sol au niveau nanomolaire, pénètrent dans les cellules racinaires. Ils empruntent les transporteurs de nutriments, tels que ceux du fer, du manganèse et du zinc. Le cadmium est majoritairement séquestré dans les vacuoles des cellules des racines, mais une partie diffuse vers les vaisseaux du xylème, où il est libéré dans la sève brute. Il atteint ainsi les parties aériennes de la plante, porté par le flux de sève induit par la transpiration. Des protéines de transport permettent au Cd d’être déversé dans les cellules des tiges et des feuilles, où il est stocké et détoxifié dans les vacuoles et les parois cellulaires. Une part significative du Cd absorbé peut être transloquée via le phloème, selon les espèces végétales. C’est par ce flux phloémien que le Cd atteint les graines, soit directement depuis les racines, soit par remobilisation à partir des tiges et des feuilles. La teneur en Cd des cultures dépend avant tout de la teneur et de la biodisponibilité du Cd dans le sol, et dans une moindre mesure du génotype de la culture. En France, si de nombreux efforts ont permis de réduire la biodisponibilité du Cd dans les sols, la sélection génétique constitue une solution complémentaire pour limiter davantage la présence de ce métal dans les récoltes.