近日，資環所植物營養與施肥團隊在國際學術期刊 Antioxidants（JCR-Q1，中科院二區，IF=7.675）發表題為“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-過氧化物複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製。資環所塗玉婷副研究員和華南農業大學園藝學院碩士研究生沈錦純為該論文共同第一作者，資環所黃繼川研究員和華南農業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業生產的重大難題，是製約農業可持續發展的重要瓶頸。連作土壤中累積的化感物質對植物生理的抑製作用及對根際微生態環境惡化的誘導效應已被證實是造成連作障礙的主導因素。資環所植物營養與施肥團隊聚焦菜地連作土壤化感物質原位去除技術，研發出生物炭-過氧化物複合型連作土壤調理劑（國家發明專利ZL 202010841842.5），並聯合華南農業大學園藝學院，通過番茄種子發芽試驗證實“生物炭-雙過氧化物”複合顆粒可有效緩解對-香豆酸對番茄種子發芽的抑製作用，提高番茄種子胚根長度、根表麵積和發芽指數；調節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，複合顆粒中各組分的耦合有利於過氧化物的活化，增加硫酸根自由基、羥基自由基、超氧自由基和單線態氧自由基的產生，從而提高體係去除酚酸的能力，使其對酚酸的降解效率遠高於單一組分體係。

　　該研究進一步結合轉錄組和代謝組學聯合分析技術篩選出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、亞油酸及其代謝產物等抗氧化和滲透壓調節物質的積累。添加複合顆粒後，這些基因的表達水平和代謝物的含量顯著降低。可見，生物炭-過氧化物複合顆粒可以通過去除培養基中的酚酸，恢複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合分析手段揭示團隊所研發出的“生物炭-過氧化物”複合型連作土壤調理劑對酚酸去除及緩解植物化感脅迫效應的微觀機製。研究結果可為連作土壤改良提供新的思路和技術儲備。

　　相關研究在國家自然科學基金-麵上項目（42177337），“十四五”廣東省農業科技創新十大主攻方向“揭榜掛帥”項目（2022SDZG08），廣東省現代農業產業技術體係創新團隊項目（2019KJ140）；必威betways 中青年學科帶頭人培養項目（R2020PYJX021）等項目的共同資助下完成。

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生物炭-過氧化物複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

轉錄組、代謝組、生理指標聯合分析揭示複合顆粒調控番茄胚根響應對-香豆酸脅迫的關鍵代謝網絡