今天分享一篇我們自己的文章。發(fā)在《Journal of Nanobiotechnology》的題目為：“Carbon nanosol-induced assemblage of a plant-beneficial microbiome consortium”的文章。
納米材料（Nano-materials，NMs）可廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)和生命科學(xué)領(lǐng)域，為可持續(xù)農(nóng)業(yè)提供了潛在的解決方案。碳納米溶膠（Carbon nanosol, CNS）是一種新型的碳基納米材料，前期研究發(fā)現(xiàn)碳納米溶膠在調(diào)節(jié)作物養(yǎng)分吸收、促進(jìn)植株生長(zhǎng)以及增加生物量積累等方面均展現(xiàn)出了良好的應(yīng)用潛力。納米材料對(duì)植物的影響一方面來(lái)自于與植物的直接相互作用，如促進(jìn)養(yǎng)分的吸收和積累、調(diào)節(jié)激素產(chǎn)生等；另一方面，納米材料也可以通過(guò)對(duì)土壤微生物組的影響間接調(diào)節(jié)植物的生長(zhǎng)或生理特性，已有多項(xiàng)研究報(bào)道了碳基納米材料對(duì)植物根際微生物組的影響。微生物在調(diào)節(jié)土壤有機(jī)質(zhì)分解、土壤礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)循環(huán)和維持土壤肥力等方面均發(fā)揮著重要的作用，同時(shí)也可以直接或間接地影響植物生長(zhǎng)和礦物營(yíng)養(yǎng)獲取。
根際是與植物根系密切相關(guān)的區(qū)域，也是植物-微生物互作最活躍的區(qū)域，直接影響植物的生長(zhǎng)和養(yǎng)分交換。植物根際促生菌(Plant Growth-Promoting Rhizobacteria，PGPR)是一類在植物根際定殖的、具有一定促生防病效果的微生物。PGPR通過(guò)解磷、固氮、產(chǎn)生鐵載體、ACC 脫氨酶(1-aminocyclopropane-l-carboxylate deaminase)、植物激素以及揮發(fā)性有機(jī)化合物(volatile organic compounds，VOCs)等直接促進(jìn)植物生長(zhǎng)，也可刺激植物產(chǎn)生誘導(dǎo)系統(tǒng)抗性(Induced systemic resistence, ISR)或抑菌物質(zhì)等間接實(shí)現(xiàn)病害防治。目前對(duì)碳納米溶膠的研究多數(shù)集中在植物養(yǎng)分吸收和代謝途徑的調(diào)控上，而碳納米溶膠對(duì)煙草根際微生物群落的調(diào)控及促生機(jī)制尚不明確。因此，系統(tǒng)地研究煙草根際環(huán)境對(duì)碳納米溶膠的生態(tài)響應(yīng)對(duì)解析碳納米溶膠的植物促生機(jī)制具有重要意義。
因此，我們想探究在碳納米溶膠處理下煙草根系微環(huán)境的變化，包括土壤細(xì)菌和真菌的多樣性、群落組成及結(jié)構(gòu)，土壤胞外酶活和土壤有效養(yǎng)分含量。預(yù)實(shí)驗(yàn)用的是實(shí)驗(yàn)室的樣品（就是發(fā)表這個(gè)），還有更全面的大田的樣品，那個(gè)文章還在審。
在溫室條件下，本研究通過(guò)擴(kuò)增子測(cè)序探究了CNS對(duì)植物生長(zhǎng)、土壤和內(nèi)生微生物組的影響。結(jié)果表明，CNS不僅可以顯著促進(jìn)煙草的生長(zhǎng)，使其生物量增加27.4%±9.9%，而且對(duì)煙草四個(gè)生態(tài)位（土壤、根際、根內(nèi)生和莖內(nèi)生）的微生物群落組成和多樣性產(chǎn)生顯著影響（圖1）。在CNS處理下，鞘氨單胞菌（Sphingomonas）、鞘脂菌（Sphingobium）、新鞘氨醇桿菌（Novosphingobium）等潛在有益菌的相對(duì)豐度顯著提升。同時(shí)，CNS處理使微生物界間網(wǎng)絡(luò)變得更加復(fù)雜和穩(wěn)定，而且莖內(nèi)生微生物組中和植物生長(zhǎng)相關(guān)的基因顯著富集，如養(yǎng)分循環(huán)和生長(zhǎng)激素合成途徑的基因（可以去看paper）。此外，從CNS處理的樣品中成功分離出兩株在CNS處理下富集的細(xì)菌（Sphingopyxis和Novosphingobium），并證實(shí)它們能夠促進(jìn)煙草植株的生長(zhǎng)（圖2）。這些研究初步證明了微生物群落可能在CNS與植物的相互作用中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，為CNS在可持續(xù)農(nóng)業(yè)中的合理應(yīng)用提供了新的參考。
