钼是豆科作物固氮酶的重要组分,缺钼导致大豆产量及品质下降。前期研究结果表明,纳米氧化钼在促进豆科作物结瘤及增产上的效果优于常规钼肥,但其调控机制尚不清楚,本文采用砂培试验确证纳米氧化钼提高大豆结瘤固氮能力的基础上,综合应用动态转录组和靶向代谢组技术剖析了纳米氧化钼对大豆结瘤固氮关键基因及信号物质类黄酮组成的影响,探究纳米氧化钼在促进大豆根瘤形成及生物固氮中的作用,揭示纳米氧化钼与离子态钼对大豆共生固氮影响及差异机制。获得的主要结果如下:1.纳米氧化钼影响根瘤菌的生长速度和形态。与对照相比,纳米三氧化钼在0.01-10 mg/L浓度范围内提高了根瘤菌OD值(32-48h),且低浓度(0.1 mg/L)纳米氧化钼处理下根瘤菌形态更饱满;高浓度(500 mg/L和1000 mg/L)纳米氧化钼处理下根瘤菌OD值(12-48h)均显著低于对照,且根瘤菌形态呈纤细状,部分根瘤菌细胞解体。说明低浓度纳米氧化钼对根瘤菌的生长有促进作用,而高浓度纳米氧化钼对根瘤菌生长呈明显的抑制态势。2.纳米氧化钼提高了大豆结瘤和固氮能力。在钼水平为0.01 mg/kg和0.10 mg/kg时,施用离子态钼肥和纳米氧化钼均能提高大豆根瘤数、根瘤鲜重和固氮酶活性,但以钼水平为0.10 mg/kg时增幅更大,且施用纳米氧化钼效果优于离子态钼肥;纳米氧化钼和离子态钼在根瘤菌接种21、28、35天后固氮酶组成蛋白nif K、nif H和豆血红蛋白LB蛋白表达量均高于不施钼处理,且纳米氧化钼处理下这3个固氮过程关键蛋白表达量均高于离子钼处理;钼水平为0.10 mg/kg时纳米氧化钼和离子态钼培养的植株氮累积量分别增加了56.9%和31.5%;这些结果说明施钼显著增加了大豆的结瘤和固氮能力,且在钼水平相同的条件下,纳米氧化钼在促进大豆结瘤固氮上的作用效果优于离子态钼肥。3.纳米氧化钼调控大豆根系固氮相关基因的表达。转录组分析表明,外源施钼主要调控结瘤共生相关基因和类黄酮Kidney safety biomarkers合成相关基因的表达,接种3d时,纳米氧化钼与离子态钼均上调了Gm N56、Gm NIC2、LBC、Noulin-23、Noudlin-27等结瘤相关基因的表达,其中离子钼处理显著上调了ENOD93、LBA等结瘤相关基因表达,纳米氧化钼处理上调了ENOD55-2、LBC3等结瘤相关基因的表达;离子钼在接种7d时主要上调CHS5、LOC114412891、Gm IRCHS等基因的表达,接种11d时上调了CHS8、CHR6等基因的表达,纳米氧化钼在接种7d时主要上调了Gm IRCHS、LOC100801369等基因的表达,接种11d时上调了CHS6、F3’H等基因的表达。4.纳米氧化钼影响大豆根系类黄酮Dorsomorphin类化合物的组成及含量。采用靶向代谢组学技术分析了类黄酮类化合物组成与含量变化,结果表明,与对照相比,纳米氧化钼处理后含量发生显著变化的类黄酮类化合物共229种,离子态钼处理后含量发生显著变化的类黄酮类化合物194种,其中纳米氧化钼处理在两个时间点调控芹菜苷、表阿夫儿茶精、染料木素、芦丁等化合物含量发生显著上调或下调,离子态钼处理在两个时间点调控槲皮苷、野漆树甙、黄豆黄素、山柰酚等化合物含量发生显著上调或下调。5.动态转录组与靶向代谢组联合分析识别钼调控类黄酮合成的共表达网络与核心基因。基于差异表达基因和类黄酮组分动态变化构建了纳米氧化钼与离子态钼响应的共表达网络,筛选到了调控类黄酮的关键核心基因5个,其中纳米氧化钼与离子态钼共同响应的关键基因为Gm CHS9,负责编码查尔酮合成酶,离子态钼特异响应的关键基因Gm CHS5和Glyma.08G110420.Wm82.a4.v1,分别负责编码基因查尔酮合成酶和黄酮合酶,纳米氧化钼特异响应的关键基因Glyma.16G033700.Wm82.a4.v1和Glyma.02G158700.Wm82.a4.v1,分别负责编码UDP-糖基转移酶和DFR-黄酮4-还原酶;接种根瘤菌后纳米氧化钼处理Gm CHS9和Gm CHS5表达量在各个时点均显著高于离子态钼和对照,推测纳米氧化钼可通过影响查尔酮合成酶活性调控类黄酮类化selleck Baricitinib合物的合成。综上所述,纳米氧化钼和离子钼可通过调控大豆-根瘤菌共生的根系基因的表达水平及类黄酮的分泌与组成而影响其固氮能力,阐明了二者促进大豆共生固氮的关键因子。本研究结果可为纳米氧化钼的农业应用提供参考,还能为提升豆科作物共生固氮效率提供新途径。