碳納米溶膠（Carbon nanosol，CNS）是一種新型碳基納米材料，在促進植物生長方面有著較大的應用潛力，然而其促生機制尚不明確。鄭州院基因中心研究團隊前期發(fā)現(xiàn)，在溫室條件下CNS可以顯著改善植物的根際微生物組（Journal of Nanobiotechnology，2023, 21:436）。為了深入解析CNS通過影響根際微生物組進而促進植物生長的調控機制，研究團隊進一步開展了大田試驗，相關研究論文“Manipulation in root-associated microbiome via carbon nanosol for plant growth improvements”近日在國際權威期刊《Journal of Nanobiotechnology》（中科院1區(qū)Top，影響因子10.6）在線發(fā)表。鄭州院2021級碩士研究生程令通（現(xiàn)為浙江大學博士研究生）為論文第一作者，基因中心曹培健博士和金靜靜博士為論文通訊作者。

　　該研究通過高通量測序技術分析了大田環(huán)境中，在兩種不同濃度CNS處理下，模式植物煙草根際和根內生微生物組的適應性變化。結果表明，CNS處理后土壤全氮和全磷含量顯著升高，而有效磷含量和pH顯著降低，土壤中蔗糖酶、β-1,4-木糖苷酶和多酚氧化酶活性均低于對照。微生物組分析顯示，碳納米溶膠處理不僅影響了根際微生物群落的結構和多樣性，提高了微生物相互作用網(wǎng)絡的穩(wěn)定性，而且顯著改變了有益微生物菌群的相對豐度，如鞘單胞菌、伯克霍爾德菌、青霉菌、菌絲疫霉菌和籃狀菌等。為了驗證潛在有益菌株的作用，從碳納米溶膠處理的煙草根際樣品中共分離出392株可培養(yǎng)細菌和44株可培養(yǎng)真菌。通過對碳納米溶膠富集的菌株開展促生實驗，篩選到具有顯著促生效果的6株細菌和2株真菌，與植物共培養(yǎng)后，植株地上部和地下部生物量均顯著高于對照。隔板促生實驗顯示，兩株促生真菌通過揮發(fā)性有機物發(fā)揮促生作用。進一步的多組學分析表明，兩株促生真菌可能通過激活植物中細胞壁形成、萜類合成和karrikin響應等信號途徑調節(jié)植物的生長和發(fā)育。