除草剂对Nitrospirillum amazonense的毒性：评估细菌存活情况及微生物功能

《Pest Management Science》：Herbicide toxicity to Nitrospirillum amazonense: assessing bacterial survival and microbial functionality

预处理除草剂对 Nitrospirillum amazonense 的存活、IAA 合成及生物固氮的影响研究。通过体外实验发现，部分除草剂（如 S-甲草氯、磺entrazone 等）未显著影响细菌存活，反而促进生长及功能，而另一些（如异噁草隆、克草松）在亚致死浓度下刺激生长，但高浓度有毒害。研究揭示了除草剂与微生物的复杂互作，为可持续甘蔗管理中化学与生物技术的协同应用提供依据。

　　这项研究聚焦于现代农业中广泛使用的除草剂对一种重要的植物促生细菌——*Nitrospirillum amazonense* 的影响。*N. amazonense* 以其在甘蔗种植中的显著作用而受到关注，它能够通过生物固氮（BNF）和产生植物激素吲哚-3-乙酸（IAA）来促进植物生长。这些功能不仅有助于提高作物产量，还可能减少对化学肥料的依赖，从而推动可持续农业的发展。然而，除草剂的广泛应用可能对非目标生物造成意想不到的生态影响，包括土壤微生物群落的破坏，这成为可持续农业实践中的一个关键问题。

研究的主要目标是评估九种常用于甘蔗田的预除草剂对 *N. amazonense* 生存和生理功能的影响。通过四项体外实验，包括最低抑制浓度测试（MIC）、土壤存活分析、IAA 生产测定和生物固氮能力评估，研究人员探讨了这些化学物质是否会影响这种微生物的活性和生存能力。实验结果表明，不同除草剂对 *N. amazonense* 的作用具有显著的差异性和分子特异性，这为合理选择除草剂和微生物接种的组合提供了科学依据。

在实验过程中，研究人员首先制备了 *N. amazonense* 的菌种培养物。菌株从巴西国家农业生物研究所（Embrapa Agrobiology）的固氮细菌库中获得，经过激活和培养，使其达到适宜的浓度。随后，选择了九种常见的预除草剂，它们的商业配方被稀释，以确保加入培养基后的最终浓度符合实验需求。为了全面评估除草剂的毒性，实验设计采用了完全随机的方式，涵盖了不同浓度和不同土壤处理条件。

实验结果显示，除草剂对 *N. amazonense* 的影响呈现出多样化的模式。例如，某些除草剂如吲哚磺胺（Indaziflam）、三甲苯草酮（Metribuzin）、S-甲草枯（S-metolachlor）和磺草唑（Sulfentrazone）并未对细菌的性能造成负面影响，甚至在某些情况下促进了细胞生长、IAA 合成和/或生物固氮能力。而其他除草剂如异草隆（Isoxaflutole）则在较低浓度下促进生长，但在较高剂量时表现出毒性，尽管对 IA 和 BNF 没有明显影响。氯磺隆（Clomazone）和咪唑乙烟酸（Imazapic）虽然抑制了细菌的生长，但并未影响其在土壤中的存活，同时刺激了 IA 和 BNF 的合成。此外，氟吡草酮（Flumioxazin）和特丁禾草隆（Tebuthiuron）虽然增强了细胞生长和生物固氮能力，但导致 IAA 合成的减少。

这些结果表明，不同除草剂对 *N. amazonense* 的影响不仅取决于其化学结构，还可能受到其在土壤中的扩散特性、与细胞膜的相互作用以及环境条件的调节。例如，一些非离子型的脂溶性除草剂更容易渗透到细胞内部，从而对其产生更大的毒性。而像咪唑乙烟酸这样的弱酸性除草剂，其作用机制可能与固氮细菌的代谢途径有关，因此对细菌的毒性也具有一定的特异性。

研究还强调了除草剂配方的重要性。即使是相同活性成分的除草剂，当以不同的商业配方形式应用时，其对微生物的影响可能有显著差异。配方中添加的辅助剂和表面活性剂可能改变除草剂的物理化学性质，影响其在土壤中的扩散和对微生物的毒性。因此，为了确保除草剂与微生物之间的兼容性，需要对不同配方进行细致的评估，而不仅仅是关注其活性成分。

从生态学角度来看，微生物在土壤中的生存和功能是农业生态系统的重要组成部分。除草剂的使用可能会破坏土壤微生物的多样性，进而影响其在土壤中的代谢活动和植物生长促进功能。然而，本研究发现，一些除草剂如 S-甲草枯、磺草唑、氯磺隆、咪唑乙烟酸和吲哚磺胺在一定程度上能够促进 *N. amazonense* 的生长和生理功能，表明它们可以作为可持续甘蔗管理的潜在工具。这些结果对于农业实践具有重要意义，尤其是在推广生物固氮和植物激素技术以替代传统化学肥料的背景下。

研究还涉及对除草剂对细菌代谢途径的影响。一些除草剂可能被微生物作为营养物质进行代谢利用，从而促进其生长。这种代谢过程可能通过激活特定的分解和转化途径，使细菌能够将除草剂转化为能量或必需营养，进而增强其存活和繁殖能力。而另一些除草剂则可能通过诱导氧化应激，影响微生物的细胞膜结构，进而导致其生长受到抑制。这些机制表明，微生物与除草剂之间的相互作用是复杂且多层次的，涉及多种生理和生化过程。

此外，研究还指出，某些除草剂可能在低剂量下表现出促生效应，但在高剂量下则导致毒性。这种现象被称为“激素效应”（hormesis），即低剂量的化学物质可能促进生物体的生长，而高剂量则产生抑制作用。尽管本研究中某些除草剂如异草隆的激素效应未能达到统计学显著性，但其呈现出的双相响应模式提示需要进一步研究以明确这种效应的发生机制。

从应用角度出发，这些研究结果对于甘蔗种植的综合管理策略具有重要的指导意义。合理选择除草剂和微生物接种的组合，可以在有效控制杂草的同时，最大程度地保留微生物的促生功能。这种策略不仅有助于提高作物产量，还能减少对化学肥料和农药的依赖，从而推动农业的可持续发展。然而，为了确保这种策略的有效性，需要进一步研究其在田间条件下的实际表现，包括对作物生长和土壤健康的影响。

总体而言，这项研究揭示了除草剂对 *N. amazonense* 的影响具有高度的特异性，这为未来的农业实践提供了重要的参考。研究人员建议，在选择除草剂时应充分考虑其对微生物的影响，并通过调整使用剂量、时间或避免与微生物接种同时使用，以减少对土壤微生物群落的负面影响。这种综合管理策略不仅有助于提高农业生产的可持续性，还能确保微生物促生技术的有效实施，从而实现农业生态系统的优化和稳定。