当前，土壤重金属污染问题日益严峻，冶金、废弃物处理、矿产开采及化肥农药过量施用等人类活动，导致土壤中镉（Cd）、铅（Pb）、砷（As）等重金属大量积累，严重破坏土壤质量、降低作物产量，并通过食物链威胁人类健康。棉花作为我国重要的纤维经济作物，虽具备较强的环境适应性，可在中度至重度重金属污染土壤中种植，但其生长仍受重金属积累影响。生物炭因具有高吸附能力、良好疏水性、环境稳定性及丰富功能性基团等优良特性，成为近年来土壤重金属污染修复领域的热门材料。然而，生物炭如何调控蕾期棉花在Cd-Pb-As复合胁迫下的生理代谢与分子响应，及其对土壤根际微生物群落结构的影响机制尚未明确。

    近日，湖南农业大学农学院棉花创新团队研究生陈露芬在国际期刊Industrial Crops&Products (IF 2024=6.3;中国科学院农林科学大类一区TOP)发表了题为“Integrated transcriptomic, metagenomic, and physiological analyses reveal the mechanisms by which biochar regulates tolerance to Cd-Pb-As combined stress in cotton at the bud stage”的研究论文。该研究对生物炭调控蕾期棉花抵御重金属胁迫的机制进行了研究，深入揭示了生物炭对棉花响应Cd-Pb-As复合胁迫的调控机制。结果表明，生物炭处理有效缓解Cd-Pb-As复合胁迫对棉花生长的抑制，显著提升棉花光合能力，增强抗氧化能力，减少氧化损伤，并增加可溶性糖与蛋白质积累，维持细胞渗透平衡；转录组及微生物组学分析表明，生物炭处理调控棉花光合作用、离子转运、氨基酸代谢、抗氧化防御及激素信号转导等多个关键信号途径；在根际微生物群落优化上，生物炭改变棉花根际土壤微生物结构，增加变形菌门（Proteobacteria）、放线菌门（Actinobacteria）等重金属耐受有益菌的相对丰度，减少酸杆菌门（Acidobacteria）等有害菌数量，优化土壤微生态，提升土壤生态功能。 

    该研究不仅阐明了生物炭调控棉花抵御Cd-Pb-As复合胁迫的分子、生理及微生物层面机制，更为重金属污染土壤的农业安全利用及棉花产业的绿色可持续发展提供了重要技术支撑与理论参考。

    农学院棉花创新团队2023级硕士研究生陈露芬为该文的第一作者，屠小菊讲师为通讯作者，周仲华教授、刘爱玉教授为共同作者；该研究得到湖南省农业农村厅棉花科技创新项目〔湘财建指（2024）0162号，湘财建指（2022）051号〕，湖南省自然科学联合基金项目（2023JJ50321），湖南省教育厅优秀青年项目（23B0216），湖南省科研创新项目（LXBZZ2024128）；湖南省棉花产业技术体系栽培与良种繁育岗位专家项目（湘农发〔2022〕31号）及岳麓山实验室种业专项项目的资助。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2025.121667

通讯员：周仲华