揭示木霉菌与土壤微生物组协同促进植物铁吸收的分子机制

《npj Biofilms and Microbiomes》：Synergic interactions between Trichoderma and the soil microbiomes improve plant iron availability and growth

本研究针对石灰性土壤中铁生物有效性低的农业难题，通过构建合成微生物群落(SynCom)，首次阐明了哈茨木霉NJAU4742通过调控微生物组功能（富集Chryseobacterium populi等铁动员菌株、促进铁载体和有机酸分泌）协同提升植物铁营养的机制。该成果为开发基于微生物组调控的绿色铁肥提供了新思路，发表于《npj Biofilms and Microbiomes》。

　　

在农业生产中，铁是植物生长不可或缺的微量元素，但在占全球耕地30%的石灰性土壤中，铁会形成难溶的氧化物和氢氧化物，导致植物铁饥饿。传统解决方案如施用螯合铁肥成本高昂且不环保，而微生物辅助铁吸收的机制尚不明确。南京农业大学团队在《npj Biofilms and Microbiomes》发表的研究，揭示了哈茨木霉(Trichoderma harzianum)NJAU4742通过与土壤微生物组协同作用破解这一难题的创新机制。

研究采用合成微生物群落(SynCom)技术构建包含98株菌的简化体系，结合灭菌土壤对照实验、微宇宙培养系统、LC-MS/MS代谢组分析和16S扩增子测序等方法。通过比较自然土壤与灭菌土壤中木霉菌的效果差异，证实其促铁功能依赖土壤微生物组；利用微孔板实验发现木霉菌分泌代谢物可使SynCom的铁溶解能力提升2.1倍。

研究首先发现木霉菌单独接种对灭菌土壤无效，但与天然微生物组共存时使番茄铁积累量提升47%。构建的SynCom模拟天然微生物组功能，其与木霉菌共接种使土壤有效铁含量增加63%，植物生物量提高35%。机制解析表明：木霉菌分泌代谢物刺激SynCom产生更多铁载体（CAS检测增加82%）和有机酸（α-酮戊酸和草酸分别增加3.2倍和2.7倍），同时降低环境pH值0.5个单位。16S分析显示木霉菌显著富集了5个关键菌株，其中C. populi在铁动员中起核心作用——其铁载体产量受木霉菌诱导提升4倍，单独接种即可使植物铁积累增加2.8倍，与木霉菌共接种产生协同效应。

讨论部分指出，该研究首次阐明木霉菌通过"代谢物刺激-菌群重构-功能强化"的三级作用模式改善植物铁营养：1）木霉菌分泌尚未鉴定的信号分子激活微生物组；2）特异性富集C. populi等具有铁载体合成能力的菌株；3）形成双向互利关系（C. populi代谢物反促木霉菌生长）。这一发现突破了传统认知中木霉菌在碱性环境活性受限的理论，为开发基于微生物组调控的生物铁肥提供了理论支撑。未来研究可拓展至不同作物体系，并鉴定木霉菌关键代谢物的分子结构。该成果对实现石灰性土壤可持续利用具有重要实践价值。