硅基生物炭与木霉菌协同增效：番茄镉污染土壤修复及代谢抗性提升机制

为解决镉(Cd)污染对农业生态的威胁，研究人员开发了硅改性生物炭(silica-embedded biochar)联合木霉菌(Trichoderma viridescens)的协同修复体系。研究表明，该组合通过改变土壤Cd形态降低生物有效性，上调抗坏血酸(ascorbic acid)合成通路基因，使番茄植株氨基酸等11种代谢物积累量提升，光合色素增加35%，为重金属污染治理提供了材料-生物联合新策略。

　　

镉(Cd)作为高毒性重金属，严重威胁土壤健康和作物安全。这项研究创新性地将多孔硅改性生物炭(silica-embedded biochar)与高Cd耐受性的绿色木霉(Trichoderma viridescens)菌株联用，在番茄种植系统中展现出惊人协同效应。

通过扫描电镜(SEM)和X射线光电子能谱(XPS)表征证实，硅修饰使生物炭比表面积提升2.3倍，Cd²⁺吸附容量达128 mg/g。当与木霉菌共同作用时，土壤可交换态Cd降低62%，同时促进Cd向残渣态转化。代谢组学分析显示，处理组植株中6种氨基酸(包括谷氨酸和脯氨酸)、1种糖类(果糖)、2种有机酸(柠檬酸和苹果酸)以及胆碱(choline)含量显著增加。

分子机制研究表明，抗坏血酸-谷胱甘肽(AsA-GSH)循环关键酶基因表达上调1.5-3倍，超氧化物歧化酶(SOD)活性提升40%。这些变化使番茄叶片叶绿素a/b比值趋于优化，生物量增加55%。研究首次揭示硅基生物炭能作为微生物载体，通过"吸附-固定-代谢"三级作用机制实现Cd污染可持续治理。