兰州大学熊友才课题组揭示纳米铁(nZVI)与丛植菌根真菌互作促进玉米同化效率

由于纳米材料在植物-土壤-微生物连续体的影响机制和潜在风险尚不明确，将其引入农业生态系统存在一定的争论。铁是作物必需的微量元素之一，在光合、固氮、蛋白质合成等众多生理代谢过程中起重要作用。在全球气候变化背景下，几乎所有C3作物和部分C4作物的蒸腾作用以及土壤质量因铁缺乏均出现不同程度的受损，且该现象在干旱少雨的中国西北部黄土高原地区尤为显著。相较于传统的铁元素添加类型(铁盐、大颗粒铁氧化物和铁螯合物)，铁基纳米颗粒因其较大的附着力、比表面积和生物活性，展现出作为外源微量元素肥料的巨大潜力。

近日，兰州大学生态学院熊友才教授课题组在Plant, Cell & Environment上发表了题为“Rhizosphere effect of nanoscale zero-valent iron on mycorrhiza-dependent maize assimilation”的研究论文，阐述了不同剂量的纳米铁（nZVI）对丛枝菌根真菌（AMF）-玉米共生体结构和功能（光合过程）的影响机制。

研究表明，nZVI对玉米光合过程和菌根共生体的发育具有浓度依赖激发效应。适当剂量nZVI通过增强Rubisco和RCA的活性，显著提高玉米幼苗光合潜力和光合碳积累，进而促进宿主光合碳向菌根的供给。同时，适当剂量nZVI显著提高AMF在根际的定殖和侵染，不仅为地上光合作用提供更充分物质保障（水分和养分），而且介导植物-土壤-微生物连续体的地上光合系统-地下菌根系统正向反馈循环。相反地，高剂量nZVI降低叶片的气孔导度和光还原能力，进而抑制电子传递、叶面气体交换和光合能力。高剂量nZVI还易引起质膜的过氧化和渗透调节，加重抗氧化酶系统的负担。扫描电镜图像显示，过量nZVI颗粒附着在菌丝和孢子表面导致其严重形变失活，最终破坏菌根共生体的功能。更重要的是，本研究首次发现AMF通过其根外菌丝的原位固持功能表现出对nZVI的双向稳定性，一方面增强低浓度nZVI对玉米植株的促生长作用，另一方面缓解高浓度nZVI所导致的负面影响，为纳米材料在农业生态系统中的高效应用及其潜在风险防控提供了新的见解。

兰州大学生态学院博士生杨育苗和甘肃省科学院生物研究所祝英研究员为论文共同第一作者，熊友才教授为通讯作者。该研究工作受到National Natural Science Foundation of China (32161143012)、Application Development Project of Gansu Academy of Sciences (2018JK-15)和“111” Program (BP0719040)等项目的资助支持。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pce.14478

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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