近日，国际权威学术期刊Plant Physiology and Biochemistry（影响因子6.2）在线发表了题为“Biochar coating promoted rice growth under drought stress through modulating photosynthetic apparatus, chloroplast ultrastructure, stomatal traits and ROS homeostasis”的研究论文。https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2024.109145

干旱胁迫是最严重的非生物胁迫之一，是旱直播模式下稻谷出苗率低、幼苗弱小的重要原因之一。先前研究表明，干旱胁迫会抑制种子发芽和幼苗早期生长。在生理水平上，光合作用是最易受干旱胁迫影响的生理途径，具体表现为气孔关闭、酶活性下降、细胞膜系统受损以及抗氧化防御机制减弱等，从而影响植株的光合作用。播前种子处理技术是解决这些问题、促进作物出苗和生长的有效途径之一，种子丸粒化是其中一种方法。近年来，生物炭因其大比表面积、丰富的表面官能团、多样的空隙结构、高吸附性及强稳定性等优点而被广泛应用于作物增产、土壤修复、温室气体减排和环境修复等领域。本研究以节水抗旱稻“旱优73”为研究对象，探讨了生物炭种子丸粒化在干旱胁迫下促进种子出苗和后期生长的潜在机制。

节水抗旱稻种子的萌发指标和幼苗形态指标数据表明，生物炭丸粒化显著提高了干旱胁迫下“旱优73”的出苗率、芽长和根长（图1），以及生长后期的株高、叶面积和生物量（图2）。通过透射电镜（TEM）观察叶片叶肉细胞结构发现，生物炭丸粒化处理的植株在干旱胁迫下能较好地维持叶片叶绿体结构的完整性（图3），并表现出较高的光合色素含量。扫描电镜（SEM）结果表明，生物炭丸粒化处理的植株具有更高密度和更大孔径的气孔（图4），有助于提高净光合作用速率。因此，生物炭丸粒化通过降低介质与种苗的干旱胁迫程度，保护了叶片叶绿体结构，防止叶绿素降解；同时，通过调节气孔开度提高了水分利用效率和光合能力（图5）。此外，研究还发现，生物炭丸粒化通过有效激活植物体内的抗氧化酶系统，提高抗氧化酶活性，显著减少了ROS积累及其引发的膜过氧化损伤，维持了细胞膜的完整性。同时，生物炭丸粒化增加了渗透调节物质（如脯氨酸、可溶性糖等）的积累，增强了细胞应对水分亏缺的能力，减少了干旱胁迫对植物生长发育的危害。

本研究揭示了在干旱胁迫下，生物炭丸粒化通过调控节水抗旱稻苗后植株的光合作用、气孔特征和超微结构的生理生化机制，为种子丸粒化技术在节水抗旱稻旱直播模式中的应用提供了理论依据。

上海市农业生物基因中心与华中农业大学联合培养的博士生张康康（已毕业）为论文的第一作者，上海市农业生物基因中心的罗利军研究员、毕俊国副研究员及华中农业大学的胡立勇教授为论文通讯作者。该研究成果得到了上海市水稻产业技术体系的资助。

图1 生物炭丸粒化对干旱胁迫下节水抗旱稻(a)发芽率、(b)发芽指数、(c)平均发芽时间、(d)芽长、(e)根长、

(f)总长、(g)芽干重、(h)根干重、(i)总干重、(j)幼苗活力指数Ⅰ、(k)幼苗活力指数Ⅱ和(l)表型变化的影响

图2 生物炭丸粒化对干旱胁迫下15 DAT和30 DAT WDR植株表型特征的影响

图3 干旱胁迫下 (a, e) CK、(b, f) BC、(c, g) DS和(d, h) DS+BC处理分别对15 DAT和30 DAT WDR叶片超微结构的影响。

同样，图（i，m）、（j，n）、（k，o）和（l，p）分别表示CK、BC、DS和DS+BC处理对15 DAT和30 DAT叶片超微结构的影响

图4 (a, e)CK、(b, f)BC、(c, g)DS和(d, h)DS+BC处理对15 DAT叶片正面和背面气孔孔径的影响。

同样，图（i，m）、（j，n）、（k，o）和（l，p）分别表示CK、BC、DS和DS+BC处理对30 DAT叶片正面和背面气孔孔径的影响

图5 生物炭丸粒化对干旱胁迫下15 DAT和30 DAT WDR植株的(a)SPAD、(b)净光合速率、(c)气孔导度、

(d)胞间二氧化碳浓度、(e)蒸腾速率、(f)最大电子传输速率、(g)叶肉导度和(h)最大羧化效率的影响