有机酸与蚯蚓协同调控水稻铝胁迫下根际微生物组及抗氧化系统的分子机制

为解决酸性土壤铝毒害导致的农作物减产问题，研究人员开展有机酸（AsA/MA）与蚯蚓（Eisenia fetida）联合修复水稻（Oryza sativa）铝胁迫的研究。结果表明，联合处理显著提升光合效率（Pn↑32%）、降低氧化损伤（MDA↓45%），并通过激活SOD/POD/CAT/APX抗氧化通路及AsA-GSH循环，同步减少稻米铝积累（Al↓58%）和健康风险（HRI<0.2）。该研究为重金属污染农田的生态修复提供新策略。

　　

随着全球30-40%可耕地面临铝毒害问题，酸性土壤中铝离子（Al³⁺）严重抑制作物根系发育和养分吸收，导致水稻等主粮减产。更严峻的是，铝通过食物链富集会引发神经退行性疾病等健康风险。传统修复方法存在成本高、易二次污染等缺陷，亟需开发环境友好型解决方案。Princess Nourah bint Abdulrahman University（沙特阿拉伯努拉公主大学）的研究团队创新性地将两种有机酸——抗坏血酸（AsA）和苹果酸（MA）与赤子爱胜蚓（Eisenia fetida）联用，系统解析了其对水稻铝胁迫的多维度缓解机制，成果发表于《Ecotoxicology and Environmental Safety》。

研究采用盆栽实验结合多组学技术：通过LI-COR 6400测定气体交换参数，原子吸收光谱（AAS）分析金属含量，qPCR量化SOD/POD/CAT/APX基因表达，QIIME2平台解析微生物组，并建立健康风险模型（HQ/HRI）评估膳食暴露风险。

3.1 生长与光合特性

联合处理使铝胁迫下水稻根长和生物量恢复至对照水平（P<0.05），叶绿素a含量提升2.3倍。蚯蚓通过分泌腐殖酸改善土壤结构，而AsA直接保护光合系统II，协同使净光合速率（P_n）提高68%。

3.2 氧化应激响应

铝胁迫诱导的H₂O₂积累被联合处理降低52%，SOD活性增强4.1倍。MA通过TCA循环提供NADPH，强化AsA-GSH循环中GSH/GSSG比值至3.8:1，显著优于单一处理（P<0.05）。

3.3 营养与铝分配

蚯蚓肠道微生物促进Fe²⁺/P溶解，使稻米钙镁含量提升40%。同时，细胞壁果胶甲基酯酶（PME）活性增加使铝滞留根部，地上部铝转移减少61%。

3.4 分子调控网络

蛋白质组学显示联合处理下调应激蛋白HSP70（↓75%）和金属硫蛋白MT2A（↓82%），转录组证实脯氨酸代谢关键酶PRODH活性升高2.1倍。

3.5 生态健康效益

根际细菌Shannon指数从3.02升至5.12，每日铝摄入量（DIM）降至1.1 μg/kg/day，健康风险指数（HRI）达安全阈值（<1）。

该研究首次阐明有机酸-蚯蚓互作通过"土壤微生物重塑-植物生理调控-分子网络重编程"三级机制缓解铝毒害。其中蚯蚓改造根际微环境，AsA直接清除ROS，MA优化碳代谢流，三者协同使稻米产量和安全性同步提升。这种"以自然修复自然"的策略，为发展可持续农业提供重要范式，尤其适用于东南亚和非洲等酸性土壤集中区域。未来研究可拓展至大田试验，并探索不同作物品种的响应差异。