中奥合作在微生物菌剂促进化肥减量与玉米增产上取得新进展
发表日期:2025-04-28来源：生态与农业研究室
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在全球农业可持续发展背景下，西北地区黄土高原和荒漠大量贫瘠碱性黄土对作物生产力的制约成为亟待解决的科学难题。微生物菌剂作为植物促生菌（PGPB）的一种应用形式，已展现出改善土壤质量、提高作物抗性和产量的潜力，但微生物菌剂大田应用条件下，玉米生理、分子及代谢响应机制尚未得到系统研究。
中国科学院西北生态环境资源研究院王若愚研究员团队与奥地利国家技术研究院的Angela Sessitsch教授和Günter Brader教授合作，系统揭示了固体颗粒微生物菌剂（贝莱斯芽孢杆菌Bacillus velezensis FZB42与粘土材料组成）通过调控根际微生物群落和玉米基因应答，改善贫瘠碱性黄土质量并促进玉米生长的机制。研究设置了减施氮肥与不施磷肥的处理条件，探索了微生物菌剂在低外源肥料施用下，如何提高作物对土壤养分的吸收，进而促进增产的效果。
研究表明，减半氮肥显著提高了菌株FZB42在玉米根际的定殖能力，而不施氮肥或全量施用都会导致其定殖量下降，表明优化氮素管理可最大化微生物菌剂的促生效应与作物增产潜力。菌剂施用显著改变了根际微生物群落结构，富集了Saccharimonadales 和 Mortierella 等与关键养分循环和植物互作相关的功能微生物。对玉米根、叶和籽粒进行转录组分析发现，在抽穗期和生殖阶段早期，根中脂肪酸合成与氮磷吸收转运和代谢、叶片光合作用、籽粒淀粉合成和发育等相关基因的表达水平显著上调，生长发育及生产力相关的代谢通路显著富集。结构方程模型分析表明，微生物多样性和植物基因表达的提升分别可解释45%的土壤质量变化和69%的产量变化。研究为微生物菌剂在改善贫瘠土壤和促进作物生长的应用提供了新的机制解释，进一步证明微生物菌剂在可持续农业中的应用潜力。
研究成果以Bioinoculant substitution enhances rhizosphere soil quality and maize growth by modulating microbial communities and host gene expression in alkaline soils为题发表在Microbiological Research期刊上。西北研究院博士生解小凡为论文第一作者，王若愚研究员为通讯作者。特别感谢奥地利国家技术研究院Angela Sessitsch教授和Günter Brader教授在微生物菌剂构建与功能机制解析中的重要贡献，为本次中奥国际合作研究提供了有力支持。研究得到中国科学院全球共性挑战专项计划、甘肃省科技重大专项等项目的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.micres.2025.128194
微生物菌剂在低氮低磷碱性土壤中提高玉米产量作用机制示意图
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