接种北方森林固氮细菌对农作物生长的影响：体外潜力与体内效果的差异

《Biology and Fertility of Soils》：Inoculation with in vitro promising plant growth-promoting bacteria isolated from nitrogen-limited boreal forest did not translate to in vivo growth promotion of agricultural plants

为解决无机氮肥使用的环境问题，研究人员开展从北方森林分离植物促生细菌（PGPB）的研究，发现其体外有促生潜力但体内无促进效果，对开发 PGPB 生物接种剂有意义。

　　

北方森林植物促生细菌的研究：从潜力到实践的探索

在全球人口不断增长的背景下，农业生产对粮食的需求日益增加，这使得化肥的使用愈发广泛。其中，氮肥是植物生长的关键养分，但大量使用无机氮肥却带来了一系列严重的环境问题，如水体污染、温室气体排放增加、酸雨以及生物多样性减少等。为了寻求更加生态友好的农业发展方式，植物促生细菌（Plant Growth-Promoting Bacteria，PGPB）作为生物接种剂的潜力受到了广泛关注。

PGPB 能够与植物建立有益的互动关系，通过多种方式促进植物生长，包括改善植物的养分吸收、产生植物激素、增强植物对生物和非生物胁迫的抗性等。尤其是内生 PGPB，它们生活在植物组织内部，在特定条件下可能更有效地促进植物生长。然而，目前对森林中 PGPB 的了解及其潜在应用的研究还十分有限。北方氮限制的寒温带森林被认为可能蕴藏着许多具有高植物促生潜力的未被研究的细菌，对这些细菌的研究有望为农业和林业提供新的生物接种剂。

基于这样的背景，瑞典农业科学大学的研究人员开展了相关研究。研究旨在深入了解从北方森林针叶树分离的 PGPB 的植物促生特性，以及它们在温室环境下对农作物生长的促进作用。研究成果发表在《Biology and Fertility of Soils》上。

研究人员从瑞典北部氮限制的寒温带森林中的苏格兰松树（Pinus sylvestris）针叶中分离出内生固氮细菌。他们运用了多种技术方法，包括细菌的分离与鉴定、多种体外测定实验以及体内接种实验。在细菌分离与鉴定方面，通过对针叶进行表面消毒、研磨、离心等操作，将分离得到的细菌在无氮培养基上培养，之后利用 16S rRNA 基因桑格测序确定细菌种类，并使用乙炔还原法测定其固氮能力。体外测定实验包括磷溶解、锌溶解、铁载体产生、HCN 产生、IAA 产生、蛋白酶活性和纤维素酶活性等多种测定，以评估细菌的植物促生特性。体内接种实验则选取了黄瓜（Cucumbis sativa）、玉米（Zea mays）、番茄（Solanum lycopersicum）和羽衣甘蓝（Brassica oleracea）四种农作物，在温室环境下，将选定的细菌菌株单独或混合接种到种植这些农作物的土壤中，观察其对农作物生长的影响。

研究结果主要分为以下几个方面：

• 细菌分离与鉴定：研究成功分离出两种细菌菌株，并结合之前研究中分离的七种细菌，共九种细菌用于后续实验。这些细菌经鉴定包括 Robbsia andropogonis、Bacillus sp. 等不同种类，且多数细菌具有固氮能力1。
• 体外植物促生特性：所有细菌都能溶解磷酸三钙，但无法溶解磷酸铁（III）和磷酸铝。部分细菌能够产生铁载体、IAA，具有蛋白酶和纤维素酶活性，但均不能产生 HCN。不同细菌菌株在各种促生特性上表现出显著差异23。
• 体内接种实验：对农作物发芽率、叶绿素含量、根和茎长度以及干根和干茎重量的测量结果显示，接种处理对农作物生长的影响呈现中性甚至负面效果。例如，接种 Bacillus sp. #2A 的植物根和茎长度往往比对照植物更低，干根重量也更低。同时，研究还发现作物种类和接种处理之间的相互作用对几乎所有测量的植物性状都有显著影响，表明细菌菌株具有宿主特异性。此外，实验结果与假设相反，细菌组合接种的植物生长情况与其他处理相似，甚至在干根重量上低于对照植物456。

综合研究结果和讨论部分，该研究表明，尽管分离和选择的苏格兰松内生细菌在体外实验中表现出良好的植物促生潜力，但在温室条件下却无法促进四种农作物的生长。这种差异可能是由于接种细菌在与原生种子和土壤微生物群落竞争时的低效性，以及实验中使用的自然营养丰富的土壤等因素导致。这一研究结果强调了在开发有效的 PGPB 接种剂时，需要充分考虑细菌在自然环境中的实际表现，尤其是在非无菌条件下与原生微生物群落的相互作用。同时，研究还指出，应进一步研究细菌菌株对其宿主植物或其他相关针叶树物种的潜在促生作用，以更好地理解 PGPB 的宿主特异性及其背后的机制。这项研究为未来 PGPB 在农业和林业中的应用提供了重要的参考，有助于推动更加生态友好的农业发展方式的探索。