除草剂对映体选择性调控土壤重金属生物有效性：植物-土壤-微生物共生中的“投资-回报”机制

本研究揭示手性除草剂对映体（如R-/S-NAP）通过调控根系分泌物（如薄荷烷单萜类）和土壤溶解性有机氮（DON），驱动植物-土壤-微生物互作中重金属（HMs）生物有效性的差异性机制，提出“投资-回报”权衡框架，为复合污染农田安全利用提供新视角。

　　

Highlight

本研究首次揭示除草剂对映体选择性调控土壤重金属生物有效性的植物驱动机制，提出“投资-回报”权衡框架，为手性农药在复合污染农田中的风险评价提供新范式。

Materials and experimental conditions

实验土壤采自黑龙江省黑河市农田（黑土，黏土-DBS；东经127.48°，北纬50.25°）。为统一污染水平，土壤经风干后过0.25 mm筛去除杂质，并人工添加重金属：CdCl₂（Cd: 0.9 mg kg^-1）、PbSO₄（Pb: 360 mg kg^-1）、ZnSO₄（Zn: 750 mg kg^-1）和NiSO₄（Ni: 300 mg kg^-1）。

Arabidopsis presence modulates the effect of herbicides on soil HMs availability

研究发现，NAP对映体在孤立“土壤”系统和“植物-土壤”系统中均显著影响重金属（HMs）有效性（p < 0.05）。但有趣的是，在孤立土壤中，R-NAP处理的HM有效性高于S-型；而在植物-土壤系统中，S-NAP反而表现出更高的HM活性。这一逆转现象表明植物根系介导了对映体特异性活性的调控，打开了传统土壤研究中忽视的“黑箱”。

Plant-soil symbiosis mediates the impact of NAP on soil HMs availability

农业中手性除草剂的广泛应用及其对HM有效性的立体选择性效应尚未充分研究。植物存在下的根际过程与土壤微生物互作复杂性更使得机制模糊。本研究通过多组学整合分析，揭示S-NAP减少根系薄荷烷单萜类和苯甲酰衍生物的分泌，从而增加土壤溶解性有机氮（DON）。植物通过两种适应性策略响应：(1) 资源分配权衡：S-NAP减少分泌物“投资”，降低回报并活化土壤HM；(2) 生态适应：根系分泌物招募细菌（如Labilithrix），通过“DON-植物生长”维度增强生长韧性。

Conclusion

本研究阐明除草剂对映体与多金属污染如何塑造根系资源分配和生态适应性。植物通过调控根系分泌物在双重胁迫下优化资源分布，平衡HM解毒与生长需求。分泌物既直接影响HM有效性，又通过根际微生物调控间接增强植物韧性。我们提出全新的“根系经济空间缓解HM”二维模型，诠释植物在复合污染下的适应策略。