硅改性生物炭通过提升土壤硅有效性及激活植物防御通路增强番茄对青枯病的抗性

为解决土壤硅生物有效性低及生物炭抑病效果不稳定的问题，研究人员通过硅改性生物炭（MSC）调控番茄对青枯病（Ralstonia solanacearum）的抗性机制。研究发现1% MSC显著提升土壤有效硅含量（74.8%抑病率），激活木质素沉积、防御酶（PPO/POD/PAL/LOX）及激素（ABA/SA/JA）信号通路，为可持续病害防控提供新策略。

　　

土壤病害是现代农业面临的重大挑战，青枯病（Ralstonia solanacearum）等土传病原体每年造成巨额作物损失。传统化学农药虽短期有效，却伴随耐药性、土壤退化等生态风险。硅（Si）和生物炭作为环境友好型改良剂备受关注：硅能强化植物细胞壁并激活免疫反应，但土壤中易被固定；生物炭可改善土壤微生态，但抑病效果不稳定。如何突破这两种材料的局限性，成为农业可持续发展的重要课题。

针对这一难题，华南农业大学的研究团队创新性地将硅与入侵植物加拿大一枝黄花（Solidago canadensis）衍生的生物炭结合，开发出硅改性生物炭（MSC）。通过系统研究MSC对番茄青枯病的防控效果，发现其通过三重机制协同增效：提升土壤硅生物有效性、激活植物免疫防御、优化根际微环境。相关成果发表于《Plant Physiology and Biochemistry》，为绿色农业提供了理论和技术支撑。

研究采用多组学联用策略：通过土壤硅形态分级（连续提取法）量化MSC对硅有效性的影响；利用HPLC-MS检测植物激素（ABA/SA/JA）动态；结合qPCR分析防御基因（PAL/PR-5/PDF1.2/LOX/PR-1）表达；同步测定光合参数（LI-6400XT系统）和根系构型（WinRHIZO分析）。

Effects of Si-modified biochar on disease control
MSC处理使青枯病发病率降低89.7%（5天）和74.8%（10天），显著优于单一硅（SN）或普通生物炭（SC）。关键发现在于MSC能同步提升土壤有效硅含量（较对照增加3.2倍）并促进硅向地上部转运，形成"土壤-植物"协同防御体系。

Effects of Si-modified biochar on soil silicon morphology and availability
MSC将土壤可溶性硅（S_ol
-Si）占比从12.4%提升至34.7%，同时降低硅铁结合态（Fe-Si）比例。这种硅形态的优化归因于生物炭的多孔结构负载硅的缓释特性，解决了传统硅肥易淋失的问题。

Si-modified biochar enhances soil silicon fractions and promotes plant Si uptake for disease mitigation
生理机制解析显示，MSC诱导的硅积累触发级联防御反应：叶片木质素沉积增加61.2%，防御酶POD（过氧化物酶）和PAL（苯丙氨酸解氨酶）活性分别提高2.1倍和1.8倍。激素检测发现JA（茉莉酸）和SA（水杨酸）信号通路被特异性激活，与PR-1（病程相关蛋白1）基因上调表达高度相关。

Conclusions
该研究首次阐明MSC通过"土壤-植物-微生物"三位一体机制防控土传病害：1）物理屏障（硅强化细胞壁）；2）生化防御（酚类物质/防御酶）；3）免疫 priming（激素/基因调控）。利用入侵植物制备MSC兼具生态与经济价值，1%添加量即可实现"抑病-促生"双效，为农业碳中和提供创新路径。值得注意的是，MSC对光合速率（提升28.4%）和根系生物量（增加45.7%）的促进作用，揭示了硅与碳代谢的协同效应，这可能是其优于传统生物炭的核心机制。未来研究可进一步解析MSC对根际微生物组的调控规律，优化其在多种作物-病原系统中的普适性应用。