北京生命科技研究院揭示碳纳米溶胶通过重塑根际微生物组促进植物生长

近日，北京生命科技研究院和郑州烟草研究院曹培健/金静静团队在Journal of Nanobiotechnology在线发表了题为Manipulation in root-associated microbiome via carbon nanosol for plant growth improvements的研究论文，揭示了碳纳米溶胶通过重塑根际微生物组促进植物生长。

碳纳米溶胶（Carbon nanosol，CNS）是一种新型碳基纳米材料，在促进植物生长方面有着较大的应用潜力，然而CNS的促生调控机制尚不明确。前期，研究团队发现在温室条件下，CNS可以显著改善植物的根际微生物组（Journal of Nanobiotechnology 21 (1), 2023, 436）。为了深入解析CNS通过影响根际微生物组促进植物生长的调控机制，本研究通过高通量测序技术分析了大田条件下，在两种不同浓度CNS处理下，植物根际和根内生微生物组的适应性变化。

结果表明，CNS处理后土壤全氮和全磷含量显著升高，而有效磷含量和pH显著降低，土壤中蔗糖酶、β-1,4-木糖苷酶和多酚氧化酶活性均低于对照。微生物组分析显示，碳纳米溶胶处理不仅影响了根际微生物群落的结构和多样性，提高了微生物相互作用网络的稳定性，而且显著改变了有益微生物菌群的相对丰度，如鞘单胞菌、伯克霍尔德菌、青霉菌、菌丝疫霉菌和篮状菌等。为了验证潜在有益菌株的作用，从碳纳米溶胶处理的烟草根际样品中共分离出了392株可培养细菌和44株可培养真菌。

通过对碳纳米溶胶富集的菌株开展促生实验，筛选到具有显著促生效果的6株细菌和2株真菌，与植物共培养后，植株地上部和地下部生物量均显著高于对照。隔板促生实验显示，两株促生真菌通过挥发性有机物发挥促生作用。进一步的多组学分析表明，两株促生真菌可能通过激活植物中细胞壁形成、萜类合成和karrikin响应等信号途径调节植物的生长和发育过程。

北京生命科技研究院和郑州烟草研究院已毕业硕士研究生程令通为该论文的第一作者，曹培健博士和金静静博士为论文的共同通讯作者。该研究是在中国烟草总公司首席科学家创新专项项目、重大专项和河南省自然科学基金的资助和推动下完成的。

论文链接：

https://doi.org/10.1186/s12951-024-02971-x