《aBIOTECH》：Selenium nanoparticles and glutathione synergistically enhances salt tolerance in soybean via the jasmonic acid pathway and arbutin-regulated rhizosphere microbiota
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本研究针对土壤盐渍化严重制约大豆生产的农业难题，开发了一种壳聚糖稳定的硒纳米颗粒与谷胱甘肽复合纳米肥料（SeG）。通过多组学分析发现，SeG通过激活茉莉酸信号通路，诱导根系分泌关键信号分子熊果苷，进而招募富集有益耐盐微生物（如芽孢杆菌属、链霉菌属），形成跨 kingdom 协同防御网络。田间试验证实SeG可显著提升大豆产量及抗逆性，为靶向植物全息组开发智能农业投入品提供了新范式。
土壤盐渍化是威胁全球农业可持续发展的严峻挑战，尤其对大豆等重要作物产量和品质造成显著抑制。传统改良方法如灌溉洗盐和化学改良剂成本高昂且易导致环境退化，亟需创新、环境友好的策略来提升作物耐盐性。在此背景下，纳米肥料因其高效性和低环境风险成为研究热点，但其田间表现有时难以预测，这往往归因于植物-微生物全息组内复杂的互作关系尚未被充分解析。
近期发表于《aBIOTECH》的研究论文“Selenium nanoparticles and glutathione synergistically enhances salt tolerance in soybean via the jasmonic acid pathway and arbutin-regulated rhizosphere microbiota” 针对上述问题展开了系统研究。该研究团队设计合成了一种新型壳聚糖稳定硒纳米颗粒（SeNPs@CS），并将其与谷胱甘肽（GSH）组合成纳米复合材料（SeG），深入探究了其如何通过调控植物内源防御通路与根际微生物群落，协同增强大豆的耐盐能力。
研究者们综合运用了材料合成与表征、植物生理生化指标测定、转录组与代谢组学联合分析、微生物扩增子测序、可培养微生物分离鉴定、合成微生物群落构建以及田间试验验证等关键技术方法。其中，微生物样本直接来源于大豆盐胁迫下的根际土壤。
2.1. SeNPs@CS的形态表征
通过化学还原法成功合成了单分散、球形、平均直径约109.8纳米、表面带正电（+14.7 mV）的SeNPs@CS，其良好的胶体稳定性和生物相容性有利于叶片吸收和体内转运。
2.2. SeNPs@CS和GSH处理浓度的优化及生物安全性评价
浓度筛选实验确定10 mg/L SeNPs@CS和25 mg/L GSH为最佳组合浓度，且在该浓度范围内SeNPs@CS对大豆种子萌发和幼苗生长无可见药害，表现出良好的生物安全性。
2.3. SeNPs@CS和GSH协同促进大豆生长
在非胁迫条件下，SeG处理能显著提高大豆的地上部和地下部生物量、株高、根瘤重量以及光合系统II的最大光化学效率（Fv/Fm），并增加叶绿素和类胡萝卜素含量。利用FITC标记的SeNPs@CS进行荧光示踪，证实了其可通过叶片吸收并转运至根部。
2.4. SeNPs@CS和GSH协同增强抗氧化网络
SeG处理显著提升了超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）、抗坏血酸过氧化物酶（APX）、单脱氢抗坏血酸还原酶（MDHAR）和谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）的活性，降低了丙二醛（MDA）含量，并增加了还原型谷胱甘肽（GSH）水平和总抗氧化能力，表明其协同增强了酶促和非酶促抗氧化途径。
2.5. 盐胁迫下单独及联合SeNPs@CS和GSH处理对大豆生长的影响
盐胁迫严重抑制了大豆生长和光合色素积累。SeG处理能最有效地缓解盐胁迫引起的生长抑制和光合色素降解，使植株生长状态接近正常水平。
2.6. 盐胁迫下SeNPs@CS和GSH增强抗氧化防御
在盐胁迫下，SeG处理进一步增强了SOD和POD活性及总抗氧化能力，降低了MDA含量，显示出最强的整体抗氧化改善效果。
2.7. SeG缓解大豆盐胁迫的多组学见解
转录组和代谢组联合分析发现，SeG处理引发了大豆根部广泛的转录重编程和代谢重塑。差异表达基因（DEGs）和差异积累代谢物（DAMs）的KEGG富集分析均显著富集到α-亚麻酸代谢途径。该途径中的关键基因（如PLA2G, LOX）表达上调，代谢物12-氧-植物二烯酸（12-OPDA）和茉莉酸（JA）含量显著增加，表明JA信号通路被激活。
2.8. SeG介导的盐胁迫下根际微生物组的调控
盐胁迫显著改变了根际微生物群落结构，而SeG处理使其更接近于非胁迫状态。SeG提高了细菌群落的香农指数，增加了厚壁菌门（Bacillota）的相对丰度，并富集了包括芽孢杆菌属（Bacillus）、链霉菌属（Streptomyces）、青霉属（Penicillium）和曲霉属（Aspergillus）在内的有益耐盐微生物。网络分析表明SeG有助于恢复盐胁迫破坏的微生物互作网络。
2.9. SeG诱导的与根际适应相关的微生物和代谢物选择
相关性分析筛选出与富集微生物显著相关的根系代谢物，包括熊果苷（Arb）。体外培养实验证实，Arb能显著促进上述有益微生物在盐胁迫下的生长。
2.10. SeG诱导的代谢物-微生物组互作在缓解盐胁迫中的功能验证
构建了包含芽孢杆菌RSB1、链霉菌RSS、青霉RSP和曲霉RSA的跨 kingdom 合成微生物群落（SynCom）。盆栽实验发现，单独施用Arb或SynCom对缓解盐胁迫效果有限，但二者联合施用（S-ArbSyn）在灭菌土壤中能达到与SeG在自然土壤中（N-SeG）相近的促生和耐盐效果，证明Arb主要通过调控微生物群落间接发挥功能，且SeG的功效依赖于根际微生物。
2.11. SeG在大豆中的田间评价及在番茄和玉米中的跨物种验证
田间试验表明，SeG处理能显著提高大豆种子中的抗氧化酶活性、可溶性糖和可溶性蛋白含量，降低MDA含量，并增加硒含量和JA、脱落酸（ABA）、乙烯等应激激素水平，同时显示出稳定的增产潜力。在番茄和玉米的盐胁迫盆栽实验中，SeG同样表现出显著的生长促进和光合保护作用，说明其调控机制具有一定的跨物种保守性。
该研究揭示了一种全新的植物-微生物跨 kingdom 协同耐盐机制。SeG不仅通过直接增强植物的抗氧化系统来缓解氧化损伤，更重要的是激活了JA信号通路，诱导根系分泌熊果苷。熊果苷作为根际化学信号分子，选择性招募并富集了有益耐盐微生物，从而构建了一个具有保护作用的根际微生物组。这种通过纳米材料激活植物内源信号通路，进而驱动根际有益微生物群落重建的策略，为开发靶向植物全息组的智能农业投入品、实现盐渍化土壤的可持续农业生产提供了创新性的理论和实践依据。研究也指出，未来需进一步验证JA通路在其中的因果作用，并探索Arb对微生物趋化行为的诱导机制。
