本站消息 近日，資源與環境學院董艷教授團隊在生物學領域高影響力期刊《Journal of Nanobiotechnology》（中科院1區Top期刊，2025即時影響因子12.6）和土壤學領域頂刊《Soil Biology and Biochemistry》（中科院1區Top期刊，2025即時影響因子10.3）連發兩篇研究性論文。
小麥蠶豆間作是云南等西南區典型的多樣性種植體系，然而蠶豆與小麥間作（IF）及其納米硅顆粒疊加強化處理（IF+Si）如何響應鎘（Cd）和土傳病原菌脅迫還不清楚。該研究通過外源添加Cd和硅納米顆粒（Si-NPs），結合根際代謝組學和微生物組學分析，系統闡明間作及Si-NPs調節蠶豆生長的機制。結果表明，相比于單作蠶豆（MFcd），IFcd 和IFcd+Si處理顯著降低了蠶豆植物中Cd累積、枯萎病發生和促進根系和植株生長。同時植株的抗氧化能力和防御酶活性得到了提升，根際土壤理化性質得到改善。其中NH4+-N含量增加并與脲酶（URE）呈顯著正相關，與Cd呈負相關。蠶豆根際有益微生物和功能代謝物得到了不同程度的富集。聯合分析發現，鞘氨醇單胞菌屬（Sphingomonas）、間孢囊菌屬（Intrasporangium）和鏈霉菌屬（Streptomyces）呈不同程度增加，且與索拉菌素（Sordarin）、山萵苣素（Lactucin）和15-甲基十六烷酸甲酯（15-Methylpalmitate）等抗菌代謝物表現出較好的正向關聯性，這解釋了植株Cd累積和蠶豆枯萎病發生率的降低。該項研究為間作和Si-NPs疊加應用緩解Cd積累和控制土傳病害提供了機理解釋，這歸因于它們在調節根際土壤細菌群落、代謝物和植株抗性間的相互作用。
針對間作系統中植物與植物種間根系互作十分普遍，然而有關間作系統中禾本科作物分泌的特定次生代謝物-苯并噁嗪類化合物（BXs）是否介導根際代謝物互作以增加作物N和Fe的吸收信息有限。本研究通過設計小麥單作（MW）、蠶豆單作（MF）和小麥-蠶豆間作（包括間作小麥（IW）和間作蠶豆（IF））處理，發現IW的根和根際中三種BXs含量顯著增加，且IF根際和根中有轉運和吸收來自IW根分泌的三種BXs。進一步建立三組（IW_vs_MW、IF_vs_MF和IF_vs_IW）根際差異代謝物集分析，分別有251、257和643個顯著差異代謝物，它們主要集中在氨基酸、磷脂、單萜類和黃酮類化合物四類。進一步進行KEGG富集分析發現這些差異代謝物主要富集到其他次生代謝物的生物合成（Biosynthesis of other secondary metabolites）中的苯并惡嗪類生物合成和異黃酮生物合成，其中苯并惡嗪類生物合成是IW_vs_MW和IF_vs_MF共有生物合成途徑。對3類重要代謝物所含的化合物進行組間差異及與BXs相關性分析，焦谷氨酸（Pyroglutamic Acid）和芒柄花素（Formononetin）等三種黃酮類化合物和紫蘇酸（Perillic acid）等三種單萜類化合物受種間根系互作的顯著影響，且與MBOA表現出顯著正相關性。這些差異代謝物促進了間作作物對有效氮的偏好和鐵活化，進而增加N和Fe的吸收。總之，該項研究結果為禾-豆間作系統特化物BXs介導的種間根系互作增強N和Fe吸收提供了新的認識。
兩項最新研究成果得到了國家自然科學基金項目（32260802）和國家重點研發計劃項目子課題（2022YFD1901503-4）資助以及云南省耕地培育與產能提升重點實驗室的支持。2021級植物保護學院植物營養與病害控制專業在讀博士羅超勝為上述兩篇論文的第一作者，課題組2023級資源與環境學院在讀博士李婷為第一篇論文的共同第一作者，云南農業大學為唯一通訊單位。近年來資源與環境學院董艷教授以小麥與蠶豆間作體系為研究對象，深耕間作控病增產領域并取得了一系列研究成果，最近還在Field Crops Research、Agriculture Ecosystems & Environment、Plant Cell & Environment和Industrial Crops & Products等傳統經典一區TOP期刊發表了一系列研究成果。
論文1鏈接：https://jnanobiotechnology.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12951-025-03330-0
論文2鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0038071725000859?via%3Dihub
