Soybean rhizosphere microorganisms alleviate Mo nanomaterials induced stress by improving soil microbial community structure

Resumo

Com a ampla aplicação de nanomateriais (NMs) na agricultura, é particularmente importante avaliar o impacto desses NMs nos microrganismos do solo. Neste estudo, diferentes variedades de microrganismos da rizosfera da soja (MR) foram empregadas para simular o efeito de alívio do estresse induzido por nanopartículas de molibdênio (NPs Mo) na presença de plantas de soja. As NPs Mo causaram sérios efeitos tóxicos no crescimento e na fixação de nitrogênio da soja em uma concentração de 100 mg kg⁻¹: a altura e a biomassa da planta foram reduzidas em 56,4% e 82,8%, respectivamente, e a capacidade de fixar nitrogênio foi quase totalmente perdida. No entanto, após a adição de diferentes variedades de MR de soja (MR-Williams 82, MR-Youchun 1204 e MR-Zhongdou 41), o estresse causado por altas concentrações de NPs Mo nas plantas de soja foi significativamente reduzido. A altura da planta, o comprimento da raiz, a biomassa e a capacidade de fixação de nitrogênio foram melhorados em 70,8%, 80,7%, 145,8% e 349,8%, respectivamente, após a adição da MR-Williams 82 de soja. O sequenciamento de alto rendimento revelou que o tratamento com NPs Mo afetou a estrutura da comunidade microbiana. Entre eles, a abundância dos gêneros Flavisolibacter e Caulobacter aumentou significativamente, o que pode ser o fator chave para aliviar o estresse induzido por NPs Mo no crescimento da soja. Essas descobertas sugerem um novo modo de ação dos MRs como uma estratégia promissora para prevenir os efeitos deletérios do estresse com NPs em plantas no futuro.

Abstract

With the wide application of nanomaterials (NMs) in agriculture, it is particularly important to assess the impact of these NMs on soil microorganisms. In this study, different varieties of soybean rhizosphere microorganisms (RM) were employed to simulate the alleviate effect of molybdenum nanoparticles (Mo NPs) induced stress in presence of soybean plants. Mo NPs caused serious toxic effects on soybean growth and nitrogen fixation at a concentration of 100 mg.kg⁻¹: plant height and biomass were reduced by 56.4% and 82.8%, respectively, and the ability to fix nitrogen was almostly lost. However, after adding different varieties of soybean RM (RM-Williams 82, RM-Youchun 1204, and RM-Zhongdou 41), the stress caused by high concentrations of Mo NPs on soybean plants was significantly reduced. The plant height, root length, biomass, and nitrogen fixation ability were improved by 70.8%, 80.7%, 145.8%, and 349.8%, respectively, following the addition of soybean RM-Williams 82. High-throughput sequencing revealed that Mo NPs treatment affected the microbial community structure. Among them, Flavisolibacter and Caulobacter genera abundance increased significantly, which might be the key factor in relieving Mo NPs-induced stress on soybean growth. These findings suggest a novel mode of RM as a promising strategy to prevent deleterious effects of stress with NPs on plants in the future.