電子報(bào)
電子報(bào)

納米材料促進(jìn)生物固氮研究取得重要進(jìn)展


近日,我校化學(xué)生物學(xué)團(tuán)隊(duì)韓鶴友教授課題組在國(guó)際期刊《Nanoscale》上在線發(fā)表了題為“Novelimpactsoffunctionalizedmulti-walledcarbonnan-otubesinplants:promotionofnodulationandnitrogenaseactivityintherhizobium-legumesystem,Nanoscale,2017,9,99219937.”的研究論文。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(Lotusjaponicus)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。
  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(zhǎng)。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。
  本論文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(NoduleIncep-tion,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。
  該論文第一作者為博士研究生袁兆棟,指導(dǎo)老師為張忠明教授和韓鶴友教授,其中韓鶴友教授為該論文通訊作者。