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資環(huán)所在菜地連作土壤調(diào)理劑作用機制研究方面取得新進展
近日，資環(huán)所植物營養(yǎng)與施肥團隊在國際學術(shù)期刊 Antioxidants（JCR-Q1，中科院二區(qū)，IF=7.675）發(fā)表題為“Biochar-dual oxidant composite particles alleviate the oxidative stress of phenolic acid on tomato seed germination”的研究論文。該研究揭示了生物炭-過氧化物復合型材料對緩解番茄種子酚酸化感脅迫效應的微觀作用機制。資環(huán)所涂玉婷副研究員和華南農(nóng)業(yè)大學園藝學院碩士研究生沈錦純?yōu)樵撜撐墓餐谝蛔髡撸Y環(huán)所黃繼川研究員和華南農(nóng)業(yè)大學園藝學院趙竑博副教授為共同通訊作者。
土壤連作障礙一直是困擾世界農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重大難題，是制約農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要瓶頸。連作土壤中累積的化感物質(zhì)對植物生理的抑制作用及對根際微生態(tài)環(huán)境惡化的誘導效應已被證實是造成連作障礙的主導因素。資環(huán)所植物營養(yǎng)與施肥團隊聚焦菜地連作土壤化感物質(zhì)原位去除技術(shù)，研發(fā)出生物炭-過氧化物復合型連作土壤調(diào)理劑（國家發(fā)明專利ZL 202010841842.5），并聯(lián)合華南農(nóng)業(yè)大學園藝學院，通過番茄種子發(fā)芽試驗證實“生物炭-雙過氧化物”復合顆?？捎行Ь徑鈱?香豆酸對番茄種子發(fā)芽的抑制作用，提高番茄種子胚根長度、根表面積和發(fā)芽指數(shù)；調(diào)節(jié)酚酸脅迫下番茄胚根中的抗氧化酶活性，使其接近對照水平；降低胚根中丙二醛和過氧化氫含量。通過高效液相色譜（HPLC）和電子順磁共振（EPR）表征證明，復合顆粒中各組分的耦合有利于過氧化物的活化，增加硫酸根自由基、羥基自由基、超氧自由基和單線態(tài)氧自由基的產(chǎn)生，從而提高體系去除酚酸的能力，使其對酚酸的降解效率遠高于單一組分體系。
該研究進一步結(jié)合轉(zhuǎn)錄組和代謝組學聯(lián)合分析技術(shù)篩選出4條共有KEGG代謝途徑，分別為苯丙烷生物合成（Phenylpropanoid biosynthesis）、苯丙氨酸代謝（Phenylalanine metabolism）、不飽和脂肪酸生物合成（Biosynthesis of unsaturated fatty acids）和亞油酸代謝（Linoleic acid metabolism）通路。在對-香豆酸脅迫下，為了緩解高濃度酚酸的氧化應激效應，番茄種子上調(diào)了上述代謝通路中的基因表達，以增加苯丙烷、亞油酸及其代謝產(chǎn)物等抗氧化和滲透壓調(diào)節(jié)物質(zhì)的積累。添加復合顆粒后，這些基因的表達水平和代謝物的含量顯著降低?？梢?，生物炭-過氧化物復合顆粒可以通過去除培養(yǎng)基中的酚酸，恢復番茄種子的生理功能，有效緩解番茄種子的氧化應激效應。
該研究通過多學科交叉和多組學聯(lián)合分析手段揭示團隊所研發(fā)出的“生物炭-過氧化物”復合型連作土壤調(diào)理劑對酚酸去除及緩解植物化感脅迫效應的微觀機制。研究結(jié)果可為連作土壤改良提供新的思路和技術(shù)儲備。
相關(guān)研究在國家自然科學基金-面上項目（42177337），“十四五”廣東省農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新十大主攻方向“揭榜掛帥”項目（2022SDZG08），廣東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系創(chuàng)新團隊項目（2019KJ140）；廣東省農(nóng)業(yè)科學院中青年學科帶頭人培養(yǎng)項目（R2020PYJX021）等項目的共同資助下完成。
文章鏈接：https://www.mdpi.com/2076-3921/12/4/910
生物炭-過氧化物復合顆粒對番茄種子胚根生長（A）、膜脂過氧化作用（B）、對-香豆酸去除率（C）、自由基生成量（D）的影響
轉(zhuǎn)錄組、代謝組、生理指標聯(lián)合分析揭示復合顆粒調(diào)控番茄胚根響應對-香豆酸脅迫的關(guān)鍵代謝網(wǎng)絡(luò)
