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生物炭动态（2025年10月）
生物炭因其改善土壤和固碳作用而广泛应用，但其可溶性部分——溶解性生物炭（DBC）在环境中的生态效应尚不清楚。本研究以模式线虫C. elegans 为对象，系统评估了不同浓度 DBC （0、250、500、1000 mg/L）对线虫生长、运动、繁殖及分子机制的影响。结果显示，线虫能够直接摄入 DBC 微纳颗粒。低浓度（250–500 mg/L）显著促进线虫体长和体宽，而高浓度（1000 mg/L）则抑制其生长，并引起活性氧（ROS）水平升高，伴随抗氧化酶活性下降，表明存在剂量依赖性双重效应。转录组测序发现，差异表达基因数量随 DBC 浓度升高显著增加，从 250 mg/L 的 482 个上升至 1000 mg/L 的 2963 个，涉及代谢调控、细胞应激和神经信号等多条通路。KEGG 富集结果表明，低浓度主要影响代谢与神经调控，高浓度则诱导细胞凋亡、坏死及癌相关通路。进一步的加权基因共表达网络分析（WGCNA）锁定了与线虫生长（如 dyf-11, ins-16）、运动（如cat-4, vit-6）和繁殖（如 hsp-12.6, ins-15）密切相关的关键基因模块。综上，本研究揭示了 DBC 对线虫的双重剂量效应及其分子机制，强调在农业应用中需关注生物炭溶解组分的潜在生态风险，为其安全利用提供科学依据。  图文摘要 01 溶解性生物炭对线虫具有“低剂量促进发育，高剂量抑制生长并诱发氧化应激”的双重效应。 02 随DBC剂量升高，差异表达基因数量显著增加，主要富集于代谢过程、神经信号传导以及应激响应等核心通路。 03 构建关键基因共表达网络，锁定与线虫体量、运动及繁殖密切相关的核心分子节点和作用机制。 04 本研究揭示DBC对土壤动物的复杂效应，为评估生物炭环境风险及其合理应用提供理论依据。 本研究制备了掺杂不同含量花生壳生物炭（BC）的铋铁氧体（BiFeO3，BFO）催化剂，并将其用于过硫酸氢盐（PMS）活化去除废水中的耐药菌（ARB）。PMS（0.03 mM）/5% BC-BFO（0.5 g L−1）体系在反应10 min内去除1.92 log ARB，反应速率为0.4401 min−1。拉曼光谱分析表明，5% BC-BFO具有更多的缺陷和氧空位（Ov），为PMS活化提供了活性位点，生成SO4-、1O2、和O2-·，从而促进ARB失活。PMSO氧化为PMSO2表明高价氧化铁也可能参与了ARB的失活。PMS/5% BC-BFO体系对ARB细胞膜造成氧化损伤，使其通透性从4.34%提高到46.00%。同时，它触发了细菌自我防御机制的激活和级联反应，导致细胞内活性氧（ROS）水平上调（从6.34%上升到62.90%），最终导致ARB失活。此外，在PMS活化下，第四次循环使用的5% BC-BFO催化剂对ARB的去除率是首次使用的5% BC-BFO催化剂的62.6%。综上所述，本研究开发制备了一种低成本且易于合成的新型催化剂，可用于养殖废水中ARB的高效去除。  图文摘要
图 PMS/5% BC-BFO体系处理后ARB的（a1-a8）膜通透性变化，（b）胞内Ca2+浓度和ROS水平变化，（c）蛋白质浓度、CAT活性、MDA浓度和SOD活性变化。实验条件：[5% BC-BFO] = 0.5 g·L−1，[PMS] = 0.03 mM，pH = 7.0。
01 本研究合成了一种新型的BC-BFO材料，用于活化PMS去除水产养殖废水中的ARB。 02 反应体系中导致ARB失活的活性物种包括SO4 -、1O2、O2-·和高价铁氧物种。 03 反应体系中的活性物质会攻击ARB细胞膜，导致脂质过氧化作用增加，膜渗透性增强和细胞内ROS产生。 04 BC-BFO催化剂具有良好的可重复使用性和稳定性。 针对大豆连作导致的土壤微生态恶化和产量下降的农业生产挑战，本研究通过长达十年的田间定位试验，采用多组学联合分析技术与方法，系统研究了生物炭对大豆连作生产系统的长期效应及调控机制。研究表明，长期施用生物炭可显著改善土壤容重、孔隙度、酸碱度及有机碳、养分含量等关键土壤理化特性，有效提升土壤酶活性。更重要的是，生物炭重塑了微生物群落结构，增加了有益菌群（厚壁菌门、肠球菌属、假单胞菌属等）丰度，同时抑制潜在病原菌。代谢组学分析发现，生物炭有效调控了根际代谢物组成，上调了促进植物抗性和健康的关键防御性化合物（3,7-二氧-甲基槲皮素、癸酸、次黄嘌呤等），显著下调了与胁迫和抑制作用相关的癸酸、β1-番茄碱等物质，并富集异黄酮生物合成通路。多组学关联分析证实生物炭调控的差异代谢物与土壤性质改善密切相关。路径模型分析进一步揭示，生物炭通过直接改良土壤和调控关键代谢物-优化土壤环境的双路径机制，促进大豆生长和产量提升。本研究为解决连作障碍生产难题，促进大豆生产可持续发展提供了理论基础和可行的技术解决方案。  图1 图文摘要
图2土壤-微生物-代谢物互作网络
图3 生物炭调控大豆连作生产系统的路径分析 01 长期施用生物炭是改良连作土壤结构与肥力，提升土壤健康水平的有效策略。 02 生物炭通过构建有益微生物主导的根际微生态，增强了土壤抗病能力。 03 生物炭有效调控根际代谢物组成，优化了植物-土壤-微生物间的良性互作关系。 04 生物炭通过直接改善土壤特性和抑制关键代谢物-间接优化土壤环境，协同促进大豆生长和产量提高。 05 研究深化了“根际代谢物-微生物-土壤”互作理论认知，为利用生物炭改良连作土壤，促进大豆生产可持续发展提供了重要理论基础和新技术解决方案。 |
