氧化铈纳米材料在不同土壤中促进小麦发芽的机制：所招募微生物的作用

《Environmental Science: Nano》：Mechanism of cerium oxide nanomaterials promoting wheat germination in different soils: the role of recruited microorganisms

小麦种子发芽受CeO?纳米材料浓度和土壤类型共同影响，通过调控有益菌群（假单胞菌等）及土壤有机酸等代谢物促进发芽。沙质土中纳米材料协同微生物显著提升α-淀粉酶活性、可溶性糖及赤霉素/生长素水平，同时抑制脱落酸，优化三羧酸循环和糖酵解，形成最佳促生机制。

　　

种子萌发是一个关键且对环境敏感的阶段。氧化铈纳米材料（CeO?纳米颗粒）已被证明能够提高作物产量。然而，目前尚不清楚土壤微生物是如何调节CeO?纳米颗粒对不同类型土壤中种子萌发影响的。在这项研究中，研究人员分析了施用了不同浓度CeO?纳米颗粒的四种土壤。在黄棕色土壤、红土和潮土（沙质土壤）中，10毫克/升的CeO?纳米颗粒显著促进了小麦的生长；而在潮土（园土）中，50毫克/升的浓度效果最佳，这表明这种促进作用与纳米颗粒的浓度和土壤类型都有关。沙质土壤中的种子萌发指数、根长和叶绿素含量最高。偏最小二乘路径模型（PLS-PM）分析表明，土壤的物理化学性质影响了细菌群落，进而影响了小麦种子的萌发和生长。CeO?纳米颗粒使有益细菌（如假单胞菌、马西利亚菌、拉姆利巴克特菌、芽孢杆菌和肠杆菌）的丰度增加了28.5%至576.6%（在无种子条件下）和22.1%至132.7%（在有种子条件下），从而创造了有利于种子萌发的土壤环境。这些有益细菌的增多是由于土壤中的有机酸、脂肪酸、氨基酸和核苷酸含量增加了2.12倍至4.09倍。CeO?纳米颗粒还进入了种子内部，使α-淀粉酶活性提高了28.4%至69.6%，可溶性糖含量提高了20.7%至33.8%，为种子萌发提供了能量。植物激素水平也发生了变化：赤霉素和生长素含量增加（分别增加了6.6%至13.4%和16.8%至34.3%），而脱落酸含量减少（减少了10.7%至18.9%），同时促进了三羧酸循环和糖酵解过程。由于沙质土壤养分丰富，小麦在这种土壤中生长最佳；CeO?纳米颗粒还上调了更多能够促进芽孢杆菌和马西利亚菌生长的土壤代谢物。这种微生物介导的作用还使得种子中的赤霉素和α-淀粉酶活性达到最高水平，共同促进了小麦的生长。本研究为通过微生物作用促进小麦种子萌发提供了见解，有助于实现可持续的农业实践，并为评估CeO?纳米颗粒在农业生态系统中的潜在环境影响提供了依据。