有机改良剂（堆肥与生物炭）通过渗透调节物质-抗氧化系统-基因表达通路提升大麦抗旱性的协同机制研究

《Journal of Soil Science and Plant Nutrition》：Effects of Compost and Biochar on Barley’s Growth and Response to Drought Stress: Insights Into Osmoprotectants, Antioxidant Activity, and Gene Expression

本研究针对干旱半干旱地区作物易受水分胁迫的难题，由国内外科研团队系统探究了堆肥与生物炭单施及联用对大麦抗旱性的调控机制。结果表明，联合施用可通过下调氧化应激基因（HvSOD、HvAPX、HvCAT），上调转录因子（HvAP2/ERF、HvDREB）及功能基因（HvP5CS、HvPIP），协同缓解干旱对农艺性状的抑制，降低SOD、APX、GPOX抗氧化酶活性（CAT除外），并调控脯氨酸、MDA等渗透调节物质水平，为作物抗逆栽培提供新策略。

　　

在气候变化背景下，干旱与半干旱区域的大麦生长及产量极易受灌溉水资源短缺的威胁。有机改良剂——包括堆肥（compost）和生物炭（biochar）——被证实可增强植物对干旱胁迫的适应性。本研究通过设置八种处理：对照组（CK）、单施生物炭（B）、单施堆肥（C）、堆肥-生物炭联用（CB）、干旱胁迫组（D）、干旱+生物炭（DB）、干旱+堆肥（DC）及干旱+双改良剂（DCB），系统分析了大麦在形态生理、生化及分子层面的响应规律。

结果表明，改良剂（无论单施或联用）均能减轻干旱对农艺性状的负面影响，并降低超氧化物歧化酶（SOD）、抗坏血酸过氧化物酶（APX）和愈创木酚过氧化物酶（GPOX）的抗氧化活性，但过氧化氢酶（CAT）活性未受抑制。堆肥与生物炭联用会提升脯氨酸（proline）和丙二醛（MDA）浓度，同时降低可溶性糖含量。在分子层面，改良剂处理下调了氧化应激相关基因（HvSOD、HvAPX、HvCAT），而上调了关键转录因子（HvAP2/ERF、HvDREB）以及参与脯氨酸合成（HvP5CS）和水通道运输（HvPIP）的功能基因。值得注意的是，双改良剂联用比单施更能缓和分子响应强度，表明二者存在协同增效机制，进一步缓解干旱胁迫的代谢负担。这些发现为有机改良剂在增强作物抗逆性方面的应用提供了理论依据。