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aBIOTECH | 华南农业大学连腾祥/年海团队揭示纳米硒联合谷胱甘肽协同调控根际微生物组提升大豆耐盐性的新机制

2026-03-29 11:52:47

土壤盐渍化是威胁全球农业生产的重大环境问题，严重制约了大豆等重要作物的产量和品质。纳米肥料作为一种新兴的农业投入品，在增强作物抗逆性方面展现出巨大潜力，但其田间应用效果往往因植物-微生物群落之间复杂的相互作用而存在不确定性。如何通过绿色高效的手段，协同调控植物自身的代谢网络与根际微生物群落以应对盐胁迫，是当前农业可持续发展亟待解决的关键问题。

近日，华南农业大学连腾祥/年海团队在aBIOTECH发表了题为“Selenium nanoparticles and glutathione synergistically enhances salt tolerance in soybean via the jasmonic acid pathway and arbutin-regulated rhizosphere microbiota”的研究论文。该研究开发了一种壳聚糖稳定的硒纳米颗粒（SeNPs@CS）与谷胱甘肽（GSH）的纳米复合材料（SeG），揭示了其通过激活植物茉莉酸（JA）信号通路、促进根系分泌关键代谢物熊果苷，进而招募耐盐促生菌群，最终实现由纳米材料驱动的“植物-代谢物-微生物”多维度协同抗盐新机制。值得一提的是，SeG处理不仅在大豆田间试验中表现出稳定性和增产潜力，还在番茄和玉米等其他作物中展现了跨物种的耐盐调控效应，为开发靶向植物-微生物互作的新型纳米抗逆材料提供了新范式。

作者首先利用化学还原法制备了粒径均一（约109.8 nm）、表面带正电荷（+14.7 mV）的SeNPs@CS。SeNPs@CS具有良好的生物相容性，且能被植物叶片吸收并转运至根部。研究发现，SeG的外源施用能显著缓解盐胁迫对大豆生长的抑制作用（图1A）。与盐胁迫对照相比，SeG处理下大豆的株高、地上部生物量分别增加了16.0%和16.9%（图1C，D）。生理生化分析表明，SeG有效维持了大豆光合系统的稳定性（图1B，E-H），显著提升了SOD、POD等抗氧化酶活性，降低了MDA含量，且效果优于单独施用SeNPs@CS或GSH。

图1. SeG处理增强大豆耐盐性并保护光合系统

为了解析SeG诱导耐盐性的分子机制，作者对根系进行了转录组和代谢组联合分析。结果显示，SeG处理在转录水平上激活了抗氧化相关通路、α-亚麻酸代谢途径和JA生物合成基因（如PLA2G, LOX等）的表达（图2），并在代谢水平上显著富集了熊果苷。熊果苷不仅自身具有清除ROS的抗氧化功能，更作为一种关键的根际化学信号分子发挥作用。微生物多样性分析揭示，SeG处理修复了受盐胁迫破坏的根际微生物网络，特异性富集了Bacillus RSB1、Streptomyces RSS、Penicillium RSP和Aspergillus RSA等有益微生物类群。

图2. 多组学分析揭示SeG激活α-亚麻酸代谢与JA信号通路

为验证“代谢物-微生物”的互作机制，研究团队分离了根际耐盐菌株，并构建了包含Bacillus RSB1、Streptomyces RSS、Penicillium RSP和Aspergillus RSA的细菌-真菌跨界合成菌群（SynCom）。体外共培养实验和根际定殖实验证明，熊果苷能够显著促进这些核心菌株的生长及在根表的定殖（图3A，B）。盆栽回接实验进一步表明，在灭菌土壤中SeG处理对大豆盐胁迫的缓解效果有限，而当使用熊果苷联合Syncom的组合处理时，能够重现SeG处理在自然土壤中赋予大豆的耐盐性（图3C-E）。这有力地证明了SeG的耐盐效应在很大程度上依赖于熊果苷介导的根际有益菌群招募。

图3. 熊果苷联合Syncom重现了SeG的耐盐效应

综上所述，该研究提出了SeG介导大豆耐盐的植物-微生物协同机制模型（图4）：（1）生理层面：SeG增强大豆抗氧化酶系统，维持氧化还原稳态。（2）代谢层面：激活JA信号通路，促进根系分泌熊果苷。（3）微生态层面：熊果苷作为化学信号分子促进有益微生物在大豆根际的定殖，重新塑造健康的根际微生态网络。

图4. SeG提升大豆耐盐性的模式图

本研究得到了国家自然科学基金项目和广东省未来作物精准育种基础研究中心等项目的资助。华南农业大学农学院硕士生陈彦希、中国科学院新疆生态与地理研究所赵帅副研究员和华南农业大学农学院硕士生马宣宣为本文的共同第一作者，华南农业大学农学院连腾祥副教授、年海教授和吉林农业大学魏健教授为共同通讯作者。

引用本文：

Chen Y, Zhao S, Ma X, Ling L, Du P, Liu X, et al. Selenium nanoparticles and glutathione synergistically enhances salt tolerance in soybean via the jasmonic acid pathway and arbutin-regulated rhizosphere microbiota. aBIOTECH 2026. https://doi.org/10.1016/j.abiote.2026.100022

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IF 5.1（2025年6月发布）

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METABOLIC ENGINEERING:Synthesis of bioactive natural products, including study of their metabolic networks and functions, using both genetic and synthetic biology approaches.

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GENOMICS & BREEDING:Genome, pan-genome, and metagenome studies, multi-omics data mining approaches, intelligent design breeding theory, approaches, and practice, and innovative analytical/bioinformatics tools/methods, with potential to advance crop and livestock breeding programs.

ROOT-SOIL-MICROBIOME AGROECOSYSTEMS: Targeted breeding and engineering of essential root biology and associated microbiome traits directed to enhance crop performance under sub-optimal soil abiotic and/or biotic conditions.

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