科研進(jìn)展
中奧合作在微生物菌劑促進(jìn)化肥減量與玉米增產(chǎn)上取得新進(jìn)展
在全球農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展背景下，西北地區(qū)黃土高原和荒漠大量貧瘠堿性黃土對作物生產(chǎn)力的制約成為亟待解決的科學(xué)難題。微生物菌劑作為植物促生菌（PGPB）的一種應(yīng)用形式，已展現(xiàn)出改善土壤質(zhì)量、提高作物抗性和產(chǎn)量的潛力，但微生物菌劑大田應(yīng)用條件下，玉米生理、分子及代謝響應(yīng)機(jī)制尚未得到系統(tǒng)研究。
中國科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院王若愚研究員團(tuán)隊與奧地利國家技術(shù)研究院的Angela Sessitsch教授和Günter Brader教授合作，系統(tǒng)揭示了固體顆粒微生物菌劑（貝萊斯芽孢桿菌Bacillus velezensis FZB42與粘土材料組成）通過調(diào)控根際微生物群落和玉米基因應(yīng)答，改善貧瘠堿性黃土質(zhì)量并促進(jìn)玉米生長的機(jī)制。研究設(shè)置了減施氮肥與不施磷肥的處理條件，探索了微生物菌劑在低外源肥料施用下，如何提高作物對土壤養(yǎng)分的吸收，進(jìn)而促進(jìn)增產(chǎn)的效果。
研究表明，減半氮肥顯著提高了菌株FZB42在玉米根際的定殖能力，而不施氮肥或全量施用都會導(dǎo)致其定殖量下降，表明優(yōu)化氮素管理可最大化微生物菌劑的促生效應(yīng)與作物增產(chǎn)潛力。菌劑施用顯著改變了根際微生物群落結(jié)構(gòu)，富集了Saccharimonadales 和 Mortierella 等與關(guān)鍵養(yǎng)分循環(huán)和植物互作相關(guān)的功能微生物。對玉米根、葉和籽粒進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組分析發(fā)現(xiàn)，在抽穗期和生殖階段早期，根中脂肪酸合成與氮磷吸收轉(zhuǎn)運和代謝、葉片光合作用、籽粒淀粉合成和發(fā)育等相關(guān)基因的表達(dá)水平顯著上調(diào)，生長發(fā)育及生產(chǎn)力相關(guān)的代謝通路顯著富集。結(jié)構(gòu)方程模型分析表明，微生物多樣性和植物基因表達(dá)的提升分別可解釋45%的土壤質(zhì)量變化和69%的產(chǎn)量變化。研究為微生物菌劑在改善貧瘠土壤和促進(jìn)作物生長的應(yīng)用提供了新的機(jī)制解釋，進(jìn)一步證明微生物菌劑在可持續(xù)農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用潛力。
研究成果以Bioinoculant substitution enhances rhizosphere soil quality and maize growth by modulating microbial communities and host gene expression in alkaline soils為題發(fā)表在Microbiological Research期刊上。西北研究院博士生解小凡為論文第一作者，王若愚研究員為通訊作者。特別感謝奧地利國家技術(shù)研究院Angela Sessitsch教授和Günter Brader教授在微生物菌劑構(gòu)建與功能機(jī)制解析中的重要貢獻(xiàn)，為本次中奧國際合作研究提供了有力支持。研究得到中國科學(xué)院全球共性挑戰(zhàn)專項計劃、甘肅省科技重大專項等項目的資助。
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.micres.2025.128194
微生物菌劑在低氮低磷堿性土壤中提高玉米產(chǎn)量作用機(jī)制示意圖
