【微生物文献】碳纳米溶胶重塑植物根际微生物

今天分享一篇我们自己的文章。发在《Journal of Nanobiotechnology》的题目为：“Carbon nanosol-induced assemblage of a plant-beneficial microbiome consortium”的文章。

Carbon nanosol-induced assemblage of a plant-beneficial microbiome consortium

纳米材料（Nano-materials，NMs）可广泛应用于农业和生命科学领域，为可持续农业提供了潜在的解决方案。碳纳米溶胶（Carbon nanosol, CNS）是一种新型的碳基纳米材料，前期研究发现碳纳米溶胶在调节作物养分吸收、促进植株生长以及增加生物量积累等方面均展现出了良好的应用潜力。纳米材料对植物的影响一方面来自于与植物的直接相互作用，如促进养分的吸收和积累、调节激素产生等；另一方面，纳米材料也可以通过对土壤微生物组的影响间接调节植物的生长或生理特性，已有多项研究报道了碳基纳米材料对植物根际微生物组的影响。微生物在调节土壤有机质分解、土壤矿质营养循环和维持土壤肥力等方面均发挥着重要的作用，同时也可以直接或间接地影响植物生长和矿物营养获取。
根际是与植物根系密切相关的区域，也是植物-微生物互作最活跃的区域，直接影响植物的生长和养分交换。植物根际促生菌(Plant Growth-Promoting Rhizobacteria，PGPR)是一类在植物根际定殖的、具有一定促生防病效果的微生物。PGPR通过解磷、固氮、产生铁载体、ACC 脱氨酶(1-aminocyclopropane-l-carboxylate deaminase)、植物激素以及挥发性有机化合物(volatile organic compounds，VOCs)等直接促进植物生长，也可刺激植物产生诱导系统抗性(Induced systemic resistence, ISR)或抑菌物质等间接实现病害防治。目前对碳纳米溶胶的研究多数集中在植物养分吸收和代谢途径的调控上，而碳纳米溶胶对烟草根际微生物群落的调控及促生机制尚不明确。因此，系统地研究烟草根际环境对碳纳米溶胶的生态响应对解析碳纳米溶胶的植物促生机制具有重要意义。

因此，我们想探究在碳纳米溶胶处理下烟草根系微环境的变化，包括土壤细菌和真菌的多样性、群落组成及结构，土壤胞外酶活和土壤有效养分含量。预实验用的是实验室的样品（就是发表这个），还有更全面的大田的样品，那个文章还在审。

摘要图

在温室条件下，本研究通过扩增子测序探究了CNS对植物生长、土壤和内生微生物组的影响。结果表明，CNS不仅可以显著促进烟草的生长，使其生物量增加27.4%±9.9%，而且对烟草四个生态位（土壤、根际、根内生和茎内生）的微生物群落组成和多样性产生显著影响（图1）。在CNS处理下，鞘氨单胞菌（Sphingomonas）、鞘脂菌（Sphingobium）、新鞘氨醇杆菌（Novosphingobium）等潜在有益菌的相对丰度显著提升。同时，CNS处理使微生物界间网络变得更加复杂和稳定，而且茎内生微生物组中和植物生长相关的基因显著富集，如养分循环和生长激素合成途径的基因（可以去看paper）。此外，从CNS处理的样品中成功分离出两株在CNS处理下富集的细菌（Sphingopyxis和Novosphingobium），并证实它们能够促进烟草植株的生长（图2）。这些研究初步证明了微生物群落可能在CNS与植物的相互作用中发挥着关键作用，为CNS在可持续农业中的合理应用提供了新的参考。

图1

图2