近日，资环所植物营养与施肥团队在国际学术期刊 Antioxidants（JCR-Q1，中科院二区，IF=7.675）发表题为“Biochar-dual oxidant composite particles alleviate the oxidative stress of phenolic acid on tomato seed germination”的研究论文。该研究揭示了生物炭-过氧化物复合型材料对缓解番茄种子酚酸化感胁迫效应的微观作用机制。资环所涂玉婷副研究员和华南农业大学园艺学院硕士研究生沈锦纯为该论文共同第一作者，资环所黄继川研究员和华南农业大学园艺学院赵竑博副教授为共同通讯作者。

　　土壤连作障碍一直是困扰世界农业生产的重大难题，是制约农业可持续发展的重要瓶颈。连作土壤中累积的化感物质对植物生理的抑制作用及对根际微生态环境恶化的诱导效应已被证实是造成连作障碍的主导因素。资环所植物营养与施肥团队聚焦菜地连作土壤化感物质原位去除技术，研发出生物炭-过氧化物复合型连作土壤调理剂（国家发明专利ZL 202010841842.5），并联合华南农业大学园艺学院，通过番茄种子发芽试验证实“生物炭-双过氧化物”复合颗粒可有效缓解对-香豆酸对番茄种子发芽的抑制作用，提高番茄种子胚根长度、根表面积和发芽指数；调节酚酸胁迫下番茄胚根中的抗氧化酶活性，使其接近对照水平；降低胚根中丙二醛和过氧化氢含量。通过高效液相色谱（HPLC）和电子顺磁共振（EPR）表征证明，复合颗粒中各组分的耦合有利于过氧化物的活化，增加硫酸根自由基、羟基自由基、超氧自由基和单线态氧自由基的产生，从而提高体系去除酚酸的能力，使其对酚酸的降解效率远高于单一组分体系。

　　该研究进一步结合转录组和代谢组学联合分析技术筛选出4条共有KEGG代谢途径，分别为苯丙烷生物合成（Phenylpropanoid biosynthesis）、苯丙氨酸代谢（Phenylalanine metabolism）、不饱和脂肪酸生物合成（Biosynthesis of unsaturated fatty acids）和亚油酸代谢（Linoleic acid metabolism）通路。在对-香豆酸胁迫下，为了缓解高浓度酚酸的氧化应激效应，番茄种子上调了上述代谢通路中的基因表达，以增加苯丙烷、亚油酸及其代谢产物等抗氧化和渗透压调节物质的积累。添加复合颗粒后，这些基因的表达水平和代谢物的含量显著降低。可见，生物炭-过氧化物复合颗粒可以通过去除培养基中的酚酸，恢复番茄种子的生理功能，有效缓解番茄种子的氧化应激效应。

　　该研究通过多学科交叉和多组学联合分析手段揭示团队所研发出的“生物炭-过氧化物”复合型连作土壤调理剂对酚酸去除及缓解植物化感胁迫效应的微观机制。研究结果可为连作土壤改良提供新的思路和技术储备。

　　相关研究在国家自然科学基金-面上项目（42177337），“十四五”广东省农业科技创新十大主攻方向“揭榜挂帅”项目（2022SDZG08），广东省现代农业产业技术体系创新团队项目（2019KJ140）；广东省农业科学院中青年学科带头人培养项目（R2020PYJX021）等项目的共同资助下完成。

　　文章链接：https://www.mdpi.com/2076-3921/12/4/910

生物炭-过氧化物复合颗粒对番茄种子胚根生长（A）、膜脂过氧化作用（B）、对-香豆酸去除率（C）、自由基生成量（D）的影响

转录组、代谢组、生理指标联合分析揭示复合颗粒调控番茄胚根响应对-香豆酸胁迫的关键代谢网络