镉 (Cadmium，Cd) 是毒性最强的重金属元素之一，也是农田污染中最普遍的重金属污染物。土壤镉污染不仅严重制约作物生产，还危及农产品安全与人类健康，其治理已成为政府、公众和科学界共同关注的重大课题。在此背景下，提高作物对镉的耐性、同时降低可食用部位的镉积累，成为持续高效利用土地资源、解决“饭碗中重金属”问题的关键科研任务。利用高效且环境友好的耐逆根际微生物，为应对此类环境胁迫提供了富有潜力的新途径。

近日，JIPB在线发表了浙江大学邬飞波教授团队题为"Trichoderma genome and multiomics insight into promoting yield and reducing grain cadmium in barley and wheat"的研究论文 (https://doi.org/10.1111/jipb.70063)。该研究通过全基因组测序与体外重金属耐性测试，结合多年的盆栽与田间试验，并整合多组学分析，系统揭示了新型耐镉木霉菌株Trichoderma nigricans T32781缓解大麦和小麦镉胁迫并降低籽粒镉积累的作用机制。

在多年的盆栽和田间接种试验中，T32781在不同镉污染水平下均表现出稳定的促生与降镉效果；基因组测序及耐镉性分析发现，T32781具有较强的耐镉性及胞外结合能力 (图1)。

图1 T32781的基因组分析及扫描电镜观察与能谱分析

根际微生物组与代谢组学分析结果显示，T32781能成功定殖于大麦和小麦根际，显著改变根际微生物群落结构，招募具有镉钝化与植物促生能力的有益微生物种群 (图2)。

图2 接种T32781对小麦和大麦根际土壤微生物群落的影响

T32781能诱导植物与根际土壤代谢谱发生显著变化，增加根际土壤中甜菜碱、4-氨基丁酸、乙酰甲硫氨酸等代谢物的积累。田间回补试验结果显示，这些代谢物能显著促进大麦生长，并有效减少籽粒镉积累。差异微生物和代谢物共线性网络分析发现，根际木霉菌丰度与特定促生微生物种群和代谢物呈高度相关性 (图3)。

图3 叶片和土壤代谢物与微生物群落的网络分析

该研究揭示了木霉菌T32781通过调控植物-微生物-土壤互作，实现作物产量提升与籽粒镉含量降低的潜在机制 (图4)。研究结果为理解根际促生菌调控作物镉吸收积累与环境效应、根际招募过程及其复杂互作网络提供了新的见解。此外，研究结果为通过调控根际微生物组应对农田镉污染提供了理论与技术支撑，有助于促进镉污染土壤中的农产品安全生产和可持续发展，助力解决禾谷类作物籽粒镉超标问题，保障粮食安全。

图4 T32781缓解作物镉胁迫的潜在作用机制示意图

浙江大学农业与生物技术学院博士研究生张硕为论文的第一作者，邬飞波教授为通讯作者。阿德莱德大学陈仲华教授、浙江大学章初龙教授和毛伟华研究员、开罗大学Ali教授、浙江大学农业与生物技术学院博士后裘程炜及研究生石守恒、Jakkrit Sreesaeng和郜子峰参与了该研究。该研究得到了国家自然科学基金中埃合作项目 (3211101286) 的资助。

文章引用：

Zhang, S., Qiu, C., Shi, S., Sreesaeng, J., Gao, Z., Zhang, C., Mao, W., Ali, M., Chen, Z., and Wu, F. (2025). Trichoderma genomeand multiomics insight into promoting yield and reducing grain cadmium in barley and wheat. J. Integr. Plant Biol.https://doi.org/10.1111/jipb.70063