本网讯（通讯员 姜瑛）近日，我校资环与环境学院韩燕来教授带领“农田生产力绿色调控与功能性肥料”科技创新团队，在农田生产力绿色提升的生物学机制解析和农业绿色投入品创制研究（生物刺激素）方面取得重要进展，在国际知名学术期刊New Phytologist，Soil and Tillage Research和Fuel连发三篇高水平科研论文。力求为破解耕地资源约束条件下协调粮食持续增产、多因素障碍农田产能提升、化肥减量增效和生态环境保护多目标统一，推进农业绿色发展，提供实践依据和技术支撑。
持续高量的磷肥投入虽然丰富了农田土壤磷库储量，但土壤中的无机磷极易被固定形成无效态磷，这样常导致施入农田的速效性磷肥难以被当季作物充分利用，而且土壤中积累的高量磷还会产生较大的环境风险。因而探索促进土壤磷有效化的生物调控机制一直备受研究者的关注。但之前研究多从植物-根际微生物互作这一“自下而上”的角度探索提高土壤磷素有效性的机制，而关于“土壤动物-根际微生物-植物”生物跨界互作这一“自上而下”途径对土壤磷素有效性和植物生长的重要性在很大程度上则被低估。该研究通过在自然土壤和灭菌土壤中种植小麦，接种关键的微生物捕食者—食细菌线虫，以评估植物如何响应“自上而下”的食细菌线虫对根际促生菌—溶磷菌的捕食。利用高通量测序、纯菌分离培养、室内培养和一系列盆栽试验证明了土壤食细菌线虫的捕食作用可以提高土壤中的可溶性磷和植物中的磷含量。该成果以题为“Nematodes and their bacterial prey improve phosphorus acquisition by wheat”的研究论文在线发表于国际著名期刊《New Phytologist》。资环学院姜瑛副教授为论文第一作者，汪强副教授与南京农业大学刘婷副教授为论文通讯作者，韩燕来教授、王祎副教授、硕士研究生王中华、已毕业硕士研究生刘晔（现为农学院博士生）参与了该项工作。研究受到国家自然科学基金与国家重点研发计划项目等联合资助。该研究阐明了土壤食细菌线虫通过微生物共生网络发挥生态系统功能的重要性，线虫的捕食强度决定着土壤细菌对磷生物地球化学循环和植物生长的贡献。研究结果为开辟土壤磷有效性生物调节途径提供了新的思路。
土壤有机质既是土壤肥力基础，又是陆地生态系统最大碳库构成者。其中占土壤有机质90%的土壤腐殖质是微生物分解转化有机质过程中形成的胶状物质，对土壤团粒结构稳定，水养容量保持和土壤碳库维持等尤为重要。近年来的研究认为，真菌转化植物残体合成的顽拗性代谢物可能构成土壤有机碳的重要来源之一。然而，真菌驱动植物残体转化成为土壤有机质的关键基因是什么？导致了土壤有机质中哪种组分物质的变化，以及真菌代谢过程与腐殖化过程中物质结构变化之间如何耦连，这些问题尚不清楚。该研究发现：头被孢霉的接种降低了潮土有机质中易氧化态有机碳的含量，提高了长碳链（n>12）分子组分（十四腈、十三烷、正十六烷酸和甲基丙烯酸正十二烷基酯等）的相对丰度，使得土壤有机碳稳定性显著提高。该成果以题为“The changes of chemical molecular components in soil organic matter are associated with fungusMortierellacapitataK”的研究论文在线发表于国际著名期刊《Soil and Tillage Research》。资环学院李芳副教授为论文第一作者，韩燕来教授为论文通讯作者，王祎副教授、中国科学院南京土壤研究所陈林副研究员、已毕业研究生李月（现为兰州大学博士生）参与了该项研究工作。张佳宝院士对实验设计和论文写作进行了指导。研究受到国家自然科学基金与国家重点研发计划项目等联合资助。该研究首次建立了真菌基因的表达与土壤有机质的化学分子结构变化之间的关联，研究结果对指导耕地有机质提升和农田土壤固碳具有重要的实践意义。
褐煤作为一种低阶煤在全球储量丰富，利用热化学技术将褐煤转化为燃料和其他非燃料产品是褐煤的主要利用途径，然而该技术成本高昂，且对环境造成严重污染，利用生物转化技术将褐煤转化为增值化学品是一种绿色环保的利用途径。该研究从云南褐煤样品中分离到一株可高效降解褐煤的菌株PenicilliumortumMJ51，然而有关其降解褐煤的机制尚不明确。因此，该研究利用PenicilliumortumMJ51降解云南原褐煤和硝酸氧化预处理褐煤，通过分析褐煤生物增溶率及青霉菌MJ51分泌的胞外产物浓度的动态变化特征其两者之间关系，结合褐煤生物溶解前后结构变化特征推测出青霉菌MJ51降解褐煤的可能途径。研究发现，在液体培养条件下，青霉菌MJ51可以像硝酸一样将羰基引入到原煤的结构中，在8天内可溶解36.4%的原煤和82.0%的硝酸氧化煤，且产物具有较低芳香缩合度、较短脂肪族侧链和较多羰基结构的硝酸氧化煤比原煤更容易被青霉菌MJ51彻底降解；与以往报道的青霉菌株不同，青霉菌MJ51分泌的碱性物质和表面活性剂等非酶类物质在褐煤溶解过程中起主导作用，其分泌的木质素过氧化物酶和酯酶虽然活性较低，但仍有效地参与了褐煤的降解；同时发现，在该菌分泌的胞外碱性物质、表面活性剂和胞外酶的共同作用下，复杂的褐煤结构被降解转化为可溶性脂肪族和芳香族化合物及其衍生物。该成果以题为“Bio-solubilization of Yunnan lignite byPenicilliumortumMJ51 and characterization of its products”的研究论文在线发表于能源与燃料领域国际著名期刊《Fuel》上。资源与环境学院博士研究生李世莹和李芳副教授为论文第一作者，韩燕来教授与中山大学谭金芳教授为论文通讯作者，李培培教授、王祎副教授为此项工作作出了重要贡献，研究生史秋哲和郑州阿波罗肥业有限公司刘小奇参与了该项研究工作。研究受到国家重点研发计划项目资助。研究阐明了青霉菌高效菌株降解褐煤获取增值化学品的机制，可溶性产物将在新能源、化工和农业生产领域具有潜在的应用前景。
“农田生产力绿色调控与功能性肥料”科技创新团队简介—华北地区农田因长期高强度利用加剧了耕地透支，造成耕层变浅、土壤水养容量降低、养分供应失衡，以及局部土壤酸化、盐渍化和微生物群落失调等多种次生障碍性问题，进一步制约了区域粮田产能提升和农业可持续发展。团队拟从探索土壤—微生物—动物—作物间生物互作机制和跨域协同调控理论入手，研发绿色农业投入品，开发靶向功能肥料，建立农田产能绿色调控模式，以加强土壤—生物系统功能调控，提升土壤内稳性地力，实现农田产能提升。为资源约束条件下破解粮食增产、水肥土资源利用效率提升和生态环境保护矛盾，推进农业绿色发展，提供理论依据和技术支撑。
编辑/黄璞 签审/刘世亮 审核/周红飞
