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土壤植物互作团队揭示生物炭介导植物耐受微塑料胁迫的抵抗机制
发布者：管理员发布时间：2025-08-27作者：张倩茹来源：土壤植物互作团队点击量：
近日，中国农业科学院农业资源与农业区划研究所土壤植物互作团队综合土壤理化性质和宏基因组、植物抗氧化酶活性及代谢组等多维证据，系统阐明了生物炭通过重塑根际微生态与植物代谢谱，缓解微塑料所导致玉米能量匮缺的作用机制。该研究为系统评估生物炭在农业领域的应用潜力，特别是针对微塑料等新污染物治理提供了重要的理论依据。相关研究成果以“Biochar counteracts the negative effects of microplastics on physiological and biochemical characteristics and leaf metabolism in Zea mays L”为题，发表于中科院一区Top期刊《危险材料杂志（Journal of Hazardous Materials）》上。
塑料污染对农作物生长发育的生态风险已成为农业环境领域备受关注的前沿科学问题。随着残留地膜在土壤中的长期累积，其老化降解产生的微/纳塑料对作物生理代谢过程、土壤微生态系统及农业可持续发展的潜在威胁日益凸显，相关作用机制亟需深入探究。生物炭（BC）作为一种具有高度发达孔隙结构和丰富表面官能团的功能材料，在土壤改良、污染阻控、碳清除等方面都展现出显著优势。然而，关于生物炭对塑料污染土壤中植物根际微生态与代谢调控等方面仍缺乏系统性的科学认知。
本研究采用温室控制实验，以外源添加聚乙烯（PET）和聚乳酸（PLA）两类典型微塑料（MPs）及覆膜10年以上的农田土壤为研究对象，结合多尺度分析技术，系统阐明了生物炭缓解微塑料所致玉米能量匮缺的作用机制。主要发现：（1）抗氧化酶系分析表明，添加BC显著逆转了MPs诱导的氧化应激效应，叶片过氧化氢等酶活性显著提升；（2）微生物群落分析显示，添加BC能够重建MPs污染土壤中的细菌群落多样性，提升土壤微生态系统稳定性；（3）代谢组学分析发现，BC通过上调脂质代谢和氨基酸生物合成途径，促进植物根系葡萄糖代谢，重建植物能量平衡体系，进而抵御微塑料污染胁迫所致的植物能量匮缺。
中国农业科学院农业资源与农业区划研究所赵淑雯博士为第一作者，张倩茹研究员为通讯作者。研究得到了北方干旱半干旱耕地高效利用全国重点实验室、国家现代农业产业技术体系专项基金和中国农业科学院科技创新工程重大任务等项目的共同资助。
【引文方式】：
Zhao, S.W., Zhang, Q.R., Chen, X.M., Huang, Q.L., Li, H.N., Siddique, K.H.M. 2025. Biochar counteracts the negative effects of microplastics on physiological and biochemical characteristics and leaf metabolism in Zea mays L. Journal of Hazardous Materials, 496: 139355.
【原文链接】： https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2025.139355
