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新研究揭示种源微生物调控作物吸污机制

[所属分类:行业动态] [发布时间:2025-4-17] [发布人:杨晓燕] [阅读次数:] [返回]

新研究揭示种源微生物调控作物吸污机制
作者：朱汉斌来源：中国科学报
山东拓普生物工程有限公司 http://www.topbiol.com
近日，暨南大学教授莫测辉/向垒团队首次揭示了种源微生物调控作物吸收累积有机污染物的作用机制，发现了根系分泌低分子有机酸通过驱动种源微生物的垂直传递效应，及其在作物吸收累积抗生素过程中的关键调控作用。相关成果发表于《微生物组》。
抗生素在人类医疗、农业养殖等领域广泛使用，导致其大量进入环境成为新污染物，在农田土壤中普遍检出，并易被农作物吸收累积，严重威胁农产品安全和人体健康。筛选和种植污染物低累积作物品种是保障污染土壤安全利用并同步修复的重要策略。
研究团队在国家自然科学基金重点项目等项目的资助下，针对珠三角地区农田环境中典型抗生素环丙沙星（CIP）和代表性叶菜类作物菜心，率先筛选获得了其低累积品种（LAV），初步揭示了该低累积作物品种的生理生化与分子机制。同时发现，微生物在作物吸收累积污染物过程中也发挥重要作用，但对于关键微生物及其作用过程与调控机制仍未明确。
该研究创新性地从种源微生物（种子内生菌）的角度，通过构建无菌培养体系，利用16S rRNA和ITS基因测序以及关键功能微生物的富集筛选与功能验证实验，系统探讨了LAV（和相应高累积作物品种HAV）的种源微生物垂直传递效应及其特征群落结构组装过程，并揭示了这一过程调控作物吸收累积CIP的作用机制。
研究成果发现LAV和HAV根系均可从种子微生物中富集特异性的细菌群落，其中LAV根系分泌马来酸少，在CIP胁迫下其细菌群落组装模式由随机性转变为确定性，形成以毛螺科和肠杆菌科细菌为主的更为复杂和敏感的根系细菌群落，抑制根系对CIP的捕获吸收，呈现低累积特征。反之，HAV根系分泌马来酸多，无论是否存在CIP胁迫，其根系细菌群落均为确定性组装过程，并形成以芽孢杆菌属细菌为主的更具特异性和协同性的CIP耐受型根系菌群。
关键功能菌的定向筛选富集及接种验证实验表明，HAV根系分泌更多的马来酸，对Bacillus菌形成更强趋化和招募作用，从而介导驱动种源微生物Bacillus（BpB13）通过垂直传递效应定殖于其根系，并通过分泌吲哚乙酸和铁载体等促生代谢产物，促进HAV根系生长及对CIP胁迫的抗逆作用，从而提高其对CIP的耐受和根系捕获、吸收转运性能。
该研究报道了种子内生菌通过垂直传递效应调控作物吸收累积抗生素的机理，从植物-微生物相互作用维度为理解有机污染物在植物体内的吸收累积机制提供了全新的理论视角，也为合理利用低累积作物品种和功能微生物实现污染农田的安全利用提供了科学依据。
相关论文信息：https://doi.org/10.1186/s40168-025-02073-2
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