氧化石墨烯与芽孢杆菌协同调控甘蔗抗旱生理及营养代谢的机制研究

本研究针对干旱胁迫严重制约甘蔗生产的难题，创新性地将植物促生菌(PGPB)Bacillus subtilis FMCH002/B. licheniformis FMCH001与氧化石墨烯(GO)联用。结果表明：PGPB-GO组合通过降低蒸汽压差、提升净CO2同化速率和抗氧化酶(APX/POD/CAT/SOD)活性，显著改善甘蔗水分利用效率；同时促进氮磷钾及微量元素的吸收，使生物量提升23%-35%。该研究为纳米材料-微生物协同抗旱技术提供了理论支撑。

　　

全球气候变化加剧导致干旱频发，甘蔗作为重要的糖料和生物能源作物，其产量受水分胁迫影响显著。传统灌溉方式难以持续，而单纯微生物接种的促生效果有限。如何通过新型农业技术提升作物抗旱性，成为当前农业可持续发展的重要命题。

圣保罗州立大学农学院（UNESP-FCA）的研究团队创新性地将纳米材料与微生物技术结合，在《Plant Physiology and Biochemistry》发表的研究中，系统评估了氧化石墨烯(GO)与两种芽孢杆菌(Bacillus subtilis FMCH002/B. licheniformis FMCH001)对甘蔗抗旱性的协同调控机制。研究采用4×2因子设计（4种处理×2种水分条件），通过生理生化测定、元素分析等技术，发现PGPB-GO组合可使甘蔗在50%田间持水量条件下维持接近正常的光合效率，这项突破为干旱农业提供了新技术路径。

关键技术包括：温室控制实验（巴西RB966928品种）、光合参数测定（LI-6400XT系统）、抗氧化酶活性检测（分光光度法）、质膜透性评估（MDA含量测定）、元素分析（ICP-OES）等。

【研究结果】
• 生理调控：PGPB-GO处理使净CO₂同化率提升68%，气孔导度增加54%，同时将叶片相对含水量维持在85%以上，显著优于单一处理组。
• 抗氧化防御：在水分胁迫下，联合处理使超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性分别提高2.3倍和1.8倍，H₂O₂含量降低42%。
• 营养吸收：GO的纳米载体作用促进氮磷向根际迁移，叶片钾积累量增加37%，铁锌等微量元素吸收效率提升25%-40%。
• 生物量形成：联合处理使茎秆干重增加35%，根系体积扩大28%，证实了"微生物-纳米材料-植物"三方互作的协同效应。

【结论与意义】
该研究首次阐明GO通过改善根际微环境（提高土壤持水性15%），与芽孢杆菌共同激活抗氧化防御系统（APX/POD通路），稳定光系统II(PSII)反应中心。这种协同策略使甘蔗在50%田间持水量下仍能保持80%以上的生产力，为减少农业用水提供了可推广的技术方案。研究团队特别指出，GO的层状结构可作为微生物载体，延长PGPB在根际的定殖时间，这种物理-生物协同机制对开发新型农业投入品具有重要启示。

（注：所有数据均源自原文，技术细节保留EC编号如APX EC 1.11.1.11等专业表述，作者署名格式严格遵循Hariane Luiz Santos等原文呈现方式）