撰文丨王聰

編輯丨王多魚

排版丨水成文

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)面臨的最大挑戰(zhàn)之一是——如何利用有限的土地資源持續(xù)養(yǎng)活快速增長的人口。全球約 30% 的耕地為石灰性土壤，其特點是 pH 值高、重碳酸鹽含量高。在這些土壤中，作物常常出現(xiàn)葉黃化現(xiàn)象，產(chǎn)量和質(zhì)量下降，原因是鐵（Fe）的生物利用度差。此外，作物缺鐵會降低膳食鐵的攝入量，導(dǎo)致貧血、疲勞、不良妊娠結(jié)局以及兒童認(rèn)知發(fā)育受損。因此，缺鐵是全球最常見的微量營養(yǎng)素缺乏癥之一，影響著超過 20 億人。

為解決食物中鐵元素可能缺乏的問題，人們采取了諸如食物補充、農(nóng)藝措施、常規(guī)育種以及轉(zhuǎn)基因手段等策略來緩解營養(yǎng)不良狀況。然而，這些方法各具局限性，包括成本高昂、環(huán)境污染、實施周期長以及公眾接受度低等。越來越多的證據(jù)表明，微生物生物強化為提高植物中鐵的可利用度提供了一種經(jīng)濟高效且環(huán)境可持續(xù)的策略。

近日，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)沈其榮院士、徐志輝教授團隊（談泰猛、徐志輝為論文共同第一作者，徐志輝為論文共同通訊作者）在 Cell 子刊Cell Reports上發(fā)表了題為：Siderophore-mediated iron enrichment in the biofilm matrix enhances plant iron nutrition 的研究論文，該研究還被選為當(dāng)期封面論文。

該研究首次將細(xì)菌的鐵載體合成與生物膜形成這兩個促生機制聯(lián)系起來，揭示了它們協(xié)同促進(jìn)植物鐵吸收的新機制。更重要的是，大規(guī)模田間試驗證實，根際細(xì)菌貝萊斯芽孢桿菌SQR9菌株能夠顯著促進(jìn)不同作物在堿性土壤中生長，提高作物產(chǎn)量（平均增產(chǎn) 10% 以上），從而為微生物肥料研發(fā)提供了重要的理論依據(jù)。

該研究揭示了根際細(xì)菌貝萊斯芽孢桿菌 SQR9 菌株中細(xì)菌鐵載體產(chǎn)生與生物膜形成特性之間的強耦合關(guān)系，這種耦合作用增強了植物對鐵元素的吸收。該研究還強調(diào)了該機制在鐵限制條件下改善植物生長性能的潛力。封面圖片描繪了藍(lán)色的細(xì)菌“礦工”在植物根際周圍工作的場景，將不溶性鐵（紅色表示）轉(zhuǎn)化為生物可利用形態(tài)（金色表示），象征微生物促進(jìn)農(nóng)作物鐵元素獲取的過程。

植物有益微生物經(jīng)常被報道能夠改善植物的鐵營養(yǎng)狀況，但其確切的作用機制至今仍不甚明確。盡管細(xì)菌鐵載體的產(chǎn)生和生物膜的形成都有助于促進(jìn)植物生長，但以往對這兩個特性都是分開研究的。

在這項新研究中，研究團隊通過利用具有生物膜形成能力的根際細(xì)菌貝萊斯芽孢桿菌SQR9菌株，揭示了細(xì)菌的鐵載體產(chǎn)生和生物膜形成這兩種特性在增強植物鐵吸收方面的強耦合關(guān)系。

該研究證明了 SQR9 的生物膜能在植物根部富集鐵元素，起到鐵儲備庫的作用。關(guān)鍵在于，鐵載體 Bacillibactin 既能促使生物膜從環(huán)境中富集鐵，又能同時刺激植物的鐵吸收機制。大規(guī)模田間試驗證實，SQR9 在堿性土壤中能夠促進(jìn)作物生長，提高作物產(chǎn)量（平均增產(chǎn) 10% 以上），凸顯了其在改善鐵限制條件下植物生長表現(xiàn)的潛力。

該研究的核心發(fā)現(xiàn)：

• 貝萊斯芽孢桿菌SQR9菌株的生物膜在植物根部積累鐵，并充當(dāng)鐵儲存庫；

• 被 SQR9 定殖的植物根系通過鐵載體激活了缺鐵響應(yīng)；

• 鐵載體 Bacillibactin 有助于生物膜中的鐵積累，并激活根系對鐵的吸收；

• 在田間試驗中，SQR9 的應(yīng)用極大地提高了堿性土壤中的作物產(chǎn)量。

總的來說，這項研究強調(diào)了植物根際細(xì)菌鐵載體和生物膜在鐵吸收中的關(guān)鍵作用，并為針對作物缺鐵的微生物生物強化策略提供了機制層面的見解。

論文鏈接：

https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(25)01252-5