近日，我校环境与资源学院李峰教授课题组在土壤学领域国际权威期刊《土壤生物学与生物化学》（Soil Biology and Biochemistry, IF=10.3）发表题为《绿脓素诱导水稻苯并恶嗪合成以协同驱动根际微域中镉的固定：微生物代谢物介导的时空通讯机制》“Pyocyanin induces rice benzoxazinoid synthesis to co-drive cadmium immobilization in rhizosphere microdomain: Microbial metabolite-mediated spatiotemporal communication mechanisms”的研究论文，我校博士研究生易盛炜为第一作者，李峰教授为通讯作者。葛飞教授、刘娜教授、田江副教授、吴玉俊副教授共同参与了此项工作。我校为第一完成单位和唯一通讯单位。

稻田土壤中镉（Cd）严重威胁土壤健康，危及2050年全球粮食产量翻番的目标。充分激发水稻根际微域中微生物和根系对Cd吸附或矿化的自然潜力，很大程度上依赖于对根际微生物代谢物和根系分泌物调控作用的理解。尽管已知水稻根系分泌物能招募特定微生物影响Cd的活性，但微生物代谢物介导植物与微生物之间的互作被忽视。为此，本研究聚焦假单胞菌分泌的吩嗪类化合物—绿脓素（PYO），系统解析了PYO调控水稻根系分泌物重塑根际微生物群落并驱动Cd转化的生物化学机制。结果表明，PYO的外源添加使水稻根系苯并恶嗪类化合物（BXs）的合成增加了1.2-2.0倍，BXs通过螯合作用增加了根系Cd的固定和积累。此外，PYO和BXs重塑了以硝化螺菌（Nitrospira）、凯氏杆菌（Kaistobacter）和红长命菌（Rubrivivax）为核心的根际功能菌群，其对Cd的吸附量增加了56.2%-66.1%。最终根际土壤中Cd的生物有效性降低了5.6%-27.5%，Cd从根系向地上组织的转运能力降低了15.4%-46.0%。本研究通过揭示一种综合的“代谢物-植物-微生物”对话，拓宽了对植物-微生物和代谢物-金属相互作用的理解，这种对话共同促进了根际微域中重金属的固定。因此，本文提出了一种利用微生物代谢物刺激植物防御和根系分泌途径实现调控本土微生物群落执行关键生态系统功能的自然调节策略，以此保障国家粮食安全和改善重金属污染土壤的环境生态功能。本研究受到国家自然科学基金区域创新发展联合基金重点支持项目（No. U21A20293）和国家自然科学基金面上项目（No. 22176161）等资助，以及“环境生态健康”湖南省普通高等学校重点实验室的支持。

近年来，该团队致力于揭示土著功能菌株及其关键代谢物对于稻田土壤生态健康的调控作用，发展了基于微生物及其代谢物对水稻植株内外协同矿化镉的关键技术，连续四年在湖南省湘潭市杨基村和益阳市欧阳岔镇等多地开展了大田水稻降镉提质的效果验证试验，实现了研究成果的初步应用，在Environment International，Environmental Microbiology，Journal of Agricultural and Food Chemistry(内封面)等环境生态学、环境微生物学和农林科学等领域国际权威期刊发表60余篇SCI论文。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2025.110081

李蓉  供稿