本站消息 近日，資源與環(huán)境學院董艷教授團隊在生物學領(lǐng)域高影響力期刊《Journal of Nanobiotechnology》（中科院1區(qū)Top期刊，2025即時影響因子12.6）和土壤學領(lǐng)域頂刊《Soil Biology and Biochemistry》（中科院1區(qū)Top期刊，2025即時影響因子10.3）連發(fā)兩篇研究性論文。
小麥蠶豆間作是云南等西南區(qū)典型的多樣性種植體系，然而蠶豆與小麥間作（IF）及其納米硅顆粒疊加強化處理（IF+Si）如何響應(yīng)鎘（Cd）和土傳病原菌脅迫還不清楚。該研究通過外源添加Cd和硅納米顆粒（Si-NPs），結(jié)合根際代謝組學和微生物組學分析，系統(tǒng)闡明間作及Si-NPs調(diào)節(jié)蠶豆生長的機制。結(jié)果表明，相比于單作蠶豆（MFcd），IFcd 和IFcd+Si處理顯著降低了蠶豆植物中Cd累積、枯萎病發(fā)生和促進根系和植株生長。同時植株的抗氧化能力和防御酶活性得到了提升，根際土壤理化性質(zhì)得到改善。其中NH4+-N含量增加并與脲酶（URE）呈顯著正相關(guān)，與Cd呈負相關(guān)。蠶豆根際有益微生物和功能代謝物得到了不同程度的富集。聯(lián)合分析發(fā)現(xiàn)，鞘氨醇單胞菌屬（Sphingomonas）、間孢囊菌屬（Intrasporangium）和鏈霉菌屬（Streptomyces）呈不同程度增加，且與索拉菌素（Sordarin）、山萵苣素（Lactucin）和15-甲基十六烷酸甲酯（15-Methylpalmitate）等抗菌代謝物表現(xiàn)出較好的正向關(guān)聯(lián)性，這解釋了植株Cd累積和蠶豆枯萎病發(fā)生率的降低。該項研究為間作和Si-NPs疊加應(yīng)用緩解Cd積累和控制土傳病害提供了機理解釋，這歸因于它們在調(diào)節(jié)根際土壤細菌群落、代謝物和植株抗性間的相互作用。
針對間作系統(tǒng)中植物與植物種間根系互作十分普遍，然而有關(guān)間作系統(tǒng)中禾本科作物分泌的特定次生代謝物-苯并噁嗪類化合物（BXs）是否介導根際代謝物互作以增加作物N和Fe的吸收信息有限。本研究通過設(shè)計小麥單作（MW）、蠶豆單作（MF）和小麥-蠶豆間作（包括間作小麥（IW）和間作蠶豆（IF））處理，發(fā)現(xiàn)IW的根和根際中三種BXs含量顯著增加，且IF根際和根中有轉(zhuǎn)運和吸收來自IW根分泌的三種BXs。進一步建立三組（IW_vs_MW、IF_vs_MF和IF_vs_IW）根際差異代謝物集分析，分別有251、257和643個顯著差異代謝物，它們主要集中在氨基酸、磷脂、單萜類和黃酮類化合物四類。進一步進行KEGG富集分析發(fā)現(xiàn)這些差異代謝物主要富集到其他次生代謝物的生物合成（Biosynthesis of other secondary metabolites）中的苯并惡嗪類生物合成和異黃酮生物合成，其中苯并惡嗪類生物合成是IW_vs_MW和IF_vs_MF共有生物合成途徑。對3類重要代謝物所含的化合物進行組間差異及與BXs相關(guān)性分析，焦谷氨酸（Pyroglutamic Acid）和芒柄花素（Formononetin）等三種黃酮類化合物和紫蘇酸（Perillic acid）等三種單萜類化合物受種間根系互作的顯著影響，且與MBOA表現(xiàn)出顯著正相關(guān)性。這些差異代謝物促進了間作作物對有效氮的偏好和鐵活化，進而增加N和Fe的吸收。總之，該項研究結(jié)果為禾-豆間作系統(tǒng)特化物BXs介導的種間根系互作增強N和Fe吸收提供了新的認識。
兩項最新研究成果得到了國家自然科學基金項目（32260802）和國家重點研發(fā)計劃項目子課題（2022YFD1901503-4）資助以及云南省耕地培育與產(chǎn)能提升重點實驗室的支持。2021級植物保護學院植物營養(yǎng)與病害控制專業(yè)在讀博士羅超勝為上述兩篇論文的第一作者，課題組2023級資源與環(huán)境學院在讀博士李婷為第一篇論文的共同第一作者，云南農(nóng)業(yè)大學為唯一通訊單位。近年來資源與環(huán)境學院董艷教授以小麥與蠶豆間作體系為研究對象，深耕間作控病增產(chǎn)領(lǐng)域并取得了一系列研究成果，最近還在Field Crops Research、Agriculture Ecosystems & Environment、Plant Cell & Environment和Industrial Crops & Products等傳統(tǒng)經(jīng)典一區(qū)TOP期刊發(fā)表了一系列研究成果。
論文1鏈接：https://jnanobiotechnology.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12951-025-03330-0
論文2鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0038071725000859?via%3Dihub
