Mechanisms of the positive effect of MWCNTs on the rhizobium-legume system

          該項(xiàng)研究首次發(fā)現(xiàn)碳納米材料中的多壁碳納米管（o-MWCNTs）能夠顯著提高豆科植物百脈根（Lotus japonicus）共生固氮過程中的結(jié)瘤數(shù)及固氮酶活性，并深入研究了o-MWCNTs促進(jìn)生物固氮的作用機(jī)制。

Transmission electron microscopy images of nodule cells treated with/without MWCNTs

          20世紀(jì)初葉，化學(xué)氮肥誕生，并在全球農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中獲得了廣泛使用。但化學(xué)氮肥過量使用也是導(dǎo)致水體、空氣和土壤面源污染的重要原因之一。根瘤菌在條件適宜的情況下可以誘導(dǎo)豆科植物形成根瘤，植物借助根瘤細(xì)胞中根瘤菌分化的“類菌體”來固定空氣中的氮?dú)�。這些被固定的氮素能夠替代化學(xué)氮肥促進(jìn)豆科植物生長。共生固氮體系在減施化學(xué)氮肥，促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和降低面源污染等方面具有重要的生態(tài)學(xué)意義。

Effects of different CNMs on the growth of legume plants

          該研究團(tuán)隊(duì)研究了羰基修飾后的單壁碳納米管（o-SWCNTs）、多壁碳納米管（o-MWCNTs）和氧化型石墨烯（GO）對(duì)豆科植物百脈根共生固氮的影響，發(fā)現(xiàn)o-MWCNTs能夠有效增加植物的結(jié)瘤數(shù)，其固氮酶活性顯著提高，最終使植物的生物量得到明顯增加。已有的研究表明，共生固氮作用是植物與微生物相互作用的結(jié)果，而在宿主植物中存在一條復(fù)雜的共生信號(hào)途徑及相應(yīng)的調(diào)控機(jī)制。該研究分析了o-MWCNTs對(duì)百脈根12個(gè)關(guān)鍵共生基因的影響，發(fā)現(xiàn)其表達(dá)水平發(fā)生不同程度的變化，其中啟始結(jié)瘤基因（Nodule Inception，NIN）的表達(dá)量得到顯著提高。通過拉曼光譜及透射電鏡等儀器分析發(fā)現(xiàn)o-MWCNTs聚集在根瘤含菌細(xì)胞間，能增強(qiáng)固氮酶活性。本研究結(jié)果為解決農(nóng)業(yè)種植的氮素來源、減施化學(xué)氮肥提供了新的技術(shù)途徑。 返回小木蟲查看更多