近日，学院智慧农业与薯类作物研究团队在《Industrial Crops & Products》（IF=4.7）上发表了题为“Transcriptome analysis reveals the impact of short-term biochar application on starch and sucrose metabolism in sweet potato tuberous roots”的研究论文。该研究系统探讨了短期生物炭施用对甘薯块根淀粉和蔗糖代谢的影响，为农业实践中生物炭的应用提供了新的理论支持和实践指导。
农业有机废弃物的智能回收利用是增强土壤肥力、减少化肥需求以及提高农业可持续性的关键策略。生物炭作为一种源自作物材料的生物基材料，因其多孔结构能够改善土壤紧实度、优化养分和水分保持能力而备受关注。此外，生物炭的天然碱性可以中和土壤酸度，减轻铝和铁的不利影响，并提高磷的可利用性。然而，目前关于生物炭对甘薯块根淀粉合成的直接调控作用研究较少。
研究团队设计了四种短期生物炭施用处理（0 t·hm⁻²（CK）、5 t·hm⁻²（X5t）、10 t·hm⁻²（X10t）和20 t·hm⁻²（X20t）），通过综合分析生理数据和RNA测序数据，研究了生物炭对甘薯块根淀粉和蔗糖代谢的影响。
研究发现，短期生物炭施用显著提高了土壤中氮和钾的可用性，并提升了土壤pH值。20 t·hm⁻²生物炭处理使甘薯产量显著提高了72.21%，且所有生物炭处理的淀粉含量与对照组相比无显著差异。生物炭处理降低了块根中的蔗糖、淀粉、葡萄糖和果糖含量。通过差异表达基因（DEGs）分析，发现5-10 t·hm⁻²剂量的生物炭主要下调了包括淀粉和蔗糖代谢途径中的基因。加权基因共表达网络分析（WGCNA）揭示了11个模块，突出了生物炭对激素信号转导途径的影响，通过qRT-PCR验证了五个关键基因的表达。研究表明，短期生物炭施用显著提高了甘薯产量并改善了土壤肥力，最佳效果出现在20 t·hm⁻²处理中。尽管5-10 t·hm⁻²生物炭处理降低了块根的粘附性和可溶性糖含量，但对淀粉含量和直链淀粉/支链淀粉比率（AM/AP）无显著影响。生物炭通过调节关键酶活性和植物激素信号（如SPS、SuSy、IAA和ABA）提高了甘薯的产量和抗逆性，同时保持了淀粉质量。该研究为生物炭在农业实践中的应用提供了坚实的科学基础。
浙江农林大学为该论文的第一完成单位，现代农学院博士研究生张静珍为第一作者，作物学科教师徐锡明博士为共同第一作者和通讯作者。
该研究得到了浙江省教育厅研究基金、浙江农林大学人才引进科研基金、国家自然科学基金、浙江省重点研发计划和湖州公益应用研究重点项目的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2024.120050
图文/张静珍
