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科研進展

中奧合作在微生物菌劑促進化肥減量與玉米增產上取得新進展

發(fā)表日期:2025-04-28來源:西北生態(tài)環(huán)境資源研究院放大 縮小

在全球農業(yè)可持續(xù)發(fā)展背景下,西北地區(qū)黃土高原和荒漠大量貧瘠堿性黃土對作物生產力的制約成為亟待解決的科學難題。微生物菌劑作為植物促生菌(PGPB)的一種應用形式,已展現(xiàn)出改善土壤質量、提高作物抗性和產量的潛力,但微生物菌劑大田應用條件下,玉米生理、分子及代謝響應機制尚未得到系統(tǒng)研究。

中國科學院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院王若愚研究員團隊與奧地利國家技術研究院的Angela Sessitsch教授和Günter Brader教授合作,系統(tǒng)揭示了固體顆粒微生物菌劑(貝萊斯芽孢桿菌Bacillus velezensis FZB42與粘土材料組成)通過調控根際微生物群落和玉米基因應答,改善貧瘠堿性黃土質量并促進玉米生長的機制。研究設置了減施氮肥與不施磷肥的處理條件,探索了微生物菌劑在低外源肥料施用下,如何提高作物對土壤養(yǎng)分的吸收,進而促進增產的效果。

研究表明,減半氮肥顯著提高了菌株FZB42在玉米根際的定殖能力,而不施氮肥或全量施用都會導致其定殖量下降,表明優(yōu)化氮素管理可最大化微生物菌劑的促生效應與作物增產潛力。菌劑施用顯著改變了根際微生物群落結構,富集了Saccharimonadales 和 Mortierella 等與關鍵養(yǎng)分循環(huán)和植物互作相關的功能微生物。對玉米根、葉和籽粒進行轉錄組分析發(fā)現(xiàn),在抽穗期和生殖階段早期,根中脂肪酸合成與氮磷吸收轉運和代謝、葉片光合作用、籽粒淀粉合成和發(fā)育等相關基因的表達水平顯著上調,生長發(fā)育及生產力相關的代謝通路顯著富集。結構方程模型分析表明,微生物多樣性和植物基因表達的提升分別可解釋45%的土壤質量變化和69%的產量變化。研究為微生物菌劑在改善貧瘠土壤和促進作物生長的應用提供了新的機制解釋,進一步證明微生物菌劑在可持續(xù)農業(yè)中的應用潛力。

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為題發(fā)表在Microbiological Research期刊上。西北研究院博士生解小凡為論文第一作者,王若愚研究員為通訊作者。特別感謝奧地利國家技術研究院Angela Sessitsch教授和Günter Brader教授在微生物菌劑構建與功能機制解析中的重要貢獻,為本次中奧國際合作研究提供了有力支持。研究得到中國科學院全球共性挑戰(zhàn)專項計劃、甘肅省科技重大專項等項目的資助。

論文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.micres.2025.128194

微生物菌劑在低氮低磷堿性土壤中提高玉米產量作用機制示意圖

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