氧化石墨烯的大规模生产和利用引起了人们对其环境暴露和潜在风险的关注。然而，现有的氧化石墨烯毒性研究主要集中在个体生物上。氧化石墨烯与豆科植物根瘤菌固氮共生关系的相互作用研究很少。本研究以典型豆科固氮植物紫花苜蓿(Medicago sativa L.)为研究对象，探讨氧化石墨烯对这种共生关系各方面的影响，包括根结瘤、根瘤菌活力、根瘤固氮、DNA损伤和根际根瘤菌群落组成。随着氧化石墨烯剂量的增加，观察到对结瘤发育的显著抑制。暴露于氧化石墨烯导致根瘤菌的生长和生存能力下降，并诱导结节细胞的DNA损伤。此外，随着氧化石墨烯用量的增加，根瘤内的固氮酶活性、豆血红蛋白水平和细胞质氨含量显著降低。此外，氧化石墨烯的存在导致根际根瘤菌群落发生显著变化。我们的研究结果证实了氧化石墨烯在固氮根瘤菌与豆科植物共生中存在损害作用。这强调了管理土壤氧化石墨烯的重要性。
图1. 氧化石墨烯对紫花苜蓿根系结瘤的影响。
图2. 氧化石墨烯对根瘤类杆菌和细胞质中固氮酶活性、豆血红蛋白含量、氨含量的影响。
图3. GO对根瘤DNA的损伤。
图4. GO对根瘤菌生长和活力的影响。
图5. 不同处理条件下根际土壤的主要根瘤菌组成，分类单位为科
图6. 属水平根瘤菌组成(a)根际土壤和热图(b)根瘤菌在物种水平上的丰度聚类。
相关研究成果由天津师范大学生命科学学院天津市动植物抗性重点实验室Lian Duo等人于2023年发表在Lian Duo (https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2023.140166)上。原文：Graphene oxide affects the symbiosis of legume-rhizobium and associated rhizosphere rhizobial communities
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