一区成果速递，华南农大：金龟子绿僵菌通过调节生理、转录组、代谢组及土壤微生物组减轻铅与纳米塑料对水稻的毒性

        现有研究表明，农业土壤中铅与纳米塑料复合污染日趋严重，对水稻生长发育、粮食安全及农田生态系统造成双重胁迫，而内生真菌介导的生物修复技术在缓解作物重金属与塑料污染毒性方面展现出巨大潜力。尽管国内外针对单一重金属或塑料污染物的植物毒性及微生物缓解机制已有较多报道，但关于二者复合胁迫下，真菌调控水稻生理、分子代谢及根际微生态响应的系统性整合研究仍较为有限。

        华南农业大学王兴民/Shaukat Ali团队采用生理生化检测、转录组、代谢组及土壤微生物组多组学联合分析技术，系统解析了金龟子绿僵菌缓解铅与纳米塑料复合胁迫对水稻毒害的作用机制，明确了关键调控通路与核心菌群变化。本研究为复合污染稻田的微生物生态修复、保障水稻安全生产提供了重要理论依据与技术参考。

文章题目：Metarhizium anisopliae Mitigates the Phytotoxicity of Lead and Nanoplastics on Rice by Modifying Physiological, Transcriptomic, Metabolomic Activities, and Soil Microbiome

期刊名称：Advanced Science

影响因子：14.1

研究方法：生理生化检测、转录组、代谢组及土壤微生物组

研究思路：

材料方法

土壤：灭菌泥炭-蛭石-黄黏土混合土，设置100mg/kg Pb、2000mg/kg NP单一及复合污染；

水稻：清香优19

金龟子绿僵菌：选定促生最优菌株SM021

实验分组：设8组处理（对照、单菌、单Pb、Pb+菌、单NP、NP+菌、Pb+NP、Pb+NP+菌），3次重复，26±1℃培养20天。

研究结果

        本研究以内生昆虫病原真菌金龟子绿僵菌为对象，通过生理测定、转录组学、代谢组学及根际微生物组分析，探究其能否缓解纳米塑料、铅单一及复合胁迫对水稻的毒害，并揭示真菌-土壤-植物互作机制。实验设置8组处理，结果表明：铅、纳米单一及复合胁迫均抑制水稻幼苗生长、降低叶绿素含量与激素水平，同时加剧氧化损伤；二者复合胁迫呈现协同毒性，严重抑制水稻生长、引发脂质过氧化，并抑制光合作用与激素相关通路。接种金龟子绿僵菌可有效缓解上述毒害、促进水稻生长，其机制包括：减少铅的吸收与转运、恢复抗氧化系统与激素平衡、上调类黄酮合成、ABC 转运蛋白及激素信号通路；铅含量检测证实，限制铅吸收是真菌的重要保护机制。此外，绿僵菌还可重塑土壤细菌群落，富集促生及耐污染菌群。综上，金龟子绿僵菌种子接种可通过调控污染物吸收、重塑植株生理代谢与根际微生态，成为缓解水稻铅与纳米塑料复合毒性的有效策略。

图1 接种M. anisopliae对污染土壤中水稻植株形态和生理性状的影响

图2 接种M. anisopliae对抗氧化酶活性、氧化应激标志物及内源激素合成的影响

图3 M. anisopliae接种对胁迫下水稻根际土壤微生物响应的影响

图4 M. anisopliae接种对胁迫下水稻基因表达的影响

图5 M. anisopliae接种对胁迫下水稻代谢物表达的影响

图6 M. anisopliae接种对胁迫下水稻主要代谢途径的影响

图7 M. anisopliae调控机制模型

研究总结

        本研究表明，Pb与NP的单一或复合胁迫，会通过加剧氧化应激、破坏抗氧化活性、扰乱激素与代谢物合成、降低重金属降解菌丰度，显著抑制水稻生长。而采用金龟子绿僵菌种子处理，既能缓解铅-纳米塑料复合胁迫的不良影响，又能促进水稻生长。绿僵菌种子处理可改善水稻生理生化响应，助力其在铅-纳米塑料污染土壤中正常生长；其促生作用还源于转录组与代谢组相关通路的优化，包括抗氧化防御、植物次生代谢、嘌呤代谢、光合作用、类黄酮合成、植物激素信号转导及ABC转运蛋白通路的正向调控。同时，绿僵菌还能重塑土壤细菌群落结构，提升促生菌与重金属降解菌的丰度，改善土壤质量、进一步促进水稻生长。本研究为全面解析铅、纳米塑料单一/复合胁迫对水稻的影响，以及绿僵菌缓解复合毒性的机制提供了理论依据。综上，金龟子绿僵菌在复合污染土壤中具备缓解铅-纳米塑料毒性、提升水稻产量的应用潜力；但后续仍需深入鉴定并解析该过程中的关键基因、代谢物及蛋白，以拓展相关研究的深度与广度。

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