锌溶解芽孢杆菌共接种提升水稻产量及营养强化的潜力研究

这篇研究揭示了锌溶解芽孢杆菌（ZSB）共接种对水稻生长、产量及营养强化的协同增效作用。通过盆栽实验证实，Bacillus megaterium AN24与AN31共接种显著提升水稻株高（15.32%）、籽粒锌含量（27%）及粗蛋白（27%），并改善土壤氮磷钾和微生物种群。研究为开发替代化学肥料的微生物菌剂提供了科学依据，对解决碱性土壤锌缺乏和粮食营养强化具有重要意义。

　　

锌溶解芽孢杆菌共接种技术对水稻的协同增效机制

引言

全球约半数人口以水稻为主粮，但锌等微量元素缺乏导致"隐性饥饿"。本研究针对碱性土壤锌固定化问题，探索四种锌溶解芽孢杆菌（ZSB）单独及共接种对水稻品种PK 386的影响，包括Bacillus megaterium AN24、B. aryabhattai AN30等菌株。

材料与方法

采用完全随机设计（CRD）盆栽实验，设置11个处理（4单菌+6组合+对照）。菌株预处理采用0.85%生理盐水配制成OD₆₀₀=0.5（10⁶-10⁸ CFU mL^-1）的接种液，幼苗浸根20分钟移植。基础土壤pH 8.0、锌含量仅0.68 mg kg^-1，施用NPK肥料（147-86-62 kg ha^-1）作为底肥。

生长与产量表现

共接种组展现显著协同效应：

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  AN24+AN31组合使株高和根长分别提升15.32%和22.74%

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  有效分蘖数增加24.56%，千粒重提高25.80%

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  籽粒产量达25.26%增幅，显著高于单菌接种（最高16.03%）

生理与抗氧化特性

叶绿素SPAD值提升22.65%，相对含水量（RWC）增加28.03%。抗氧化酶系统被显著激活：

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  超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化物酶（POD）活性分别提升31.2%和28.79%

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  抗坏血酸过氧化物酶（APX）活性增幅达83.07%

营养强化效应

共接种显著促进营养元素转运：

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  籽粒锌、铁含量分别增加26.84%和19%

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  粗蛋白含量提升27%，氮磷钾累积量提高25-30%

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  根部锌富集量达36.67%，显示强根系活化能力

土壤改良作用

收获后土壤分析显示：

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  有效锌含量从0.69 ppm增至0.81 ppm（+16.04%）

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  细菌种群数量增长32.5%，有机质提升28.4%

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  氮磷钾有效性分别提高28.4%、30.7%和31.0%

讨论与展望

该研究揭示了ZSB通过多重机制发挥作用：有机酸分泌降低根际pH值，铁载体和胞外多糖（EPS）促进锌溶解，激素分泌刺激根系发育。AN24+AN31组合的优异表现可能源于其互补的植物促生（PGP）特性。建议后续开展田间验证和基因组分析，重点解析锌溶解相关基因簇（如znuABC操纵子）的表达调控机制。

结论

锌溶解芽孢杆菌共接种技术可同步实现水稻增产、营养强化和土壤改良，为可持续农业提供创新解决方案。该生物强化策略特别适用于巴基斯坦等地的钙质碱性土壤区，有望成为缓解全球隐性饥饿的重要技术路径。