镉胁迫下非固氮菌通过辛酸及合成化合物调控大豆根瘤固氮功能的协同机制

为解决镉(Cd)污染破坏大豆-根瘤菌共生体系的问题，研究人员通过分离三种镉固定菌株（Arthrobacter sp. CC3、Pseudarthrobacter sp. CC12和Mesorhizobium sp. CC13），发现其通过提升土壤辛酸(octanoic acid)、普罗帕酮(propafenone)和左炔诺孕酮(levonorgestrel)水平，协同Xanthobacteraceae科细菌Ancylobacter sp. QY-1重塑根瘤菌群，显著增强大豆氮酶活性并降低Cd富集，为重金属污染农田的生物修复提供新策略。

　　

在农业生态系统中，维持大豆与根瘤菌的稳定共生关系至关重要，但镉(Cd)污染会破坏这一微妙平衡。最新研究揭示了三种非固氮菌——节杆菌(Arthrobacter sp. CC3)、假节杆菌(Pseudarthrobacter sp. CC12)和中慢生根瘤菌(Mesorhizobium sp. CC13)的独特保护机制。这些菌株虽不含固氮酶基因(nif)，却能通过降低土壤生物有效性镉含量，显著减少大豆体内Cd积累，同时意外提升根瘤固氮酶(nitrogenase)活性。

土壤代谢组学分析显示，接种耐镉菌株后，辛酸(octanoic acid)与两种合成药物——抗心律失常药普罗帕酮(propafenone)和避孕药左炔诺孕酮(levonorgestrel)水平显著升高。盆栽实验证实，这些物质与菌株协同作用，使根瘤中慢生根瘤菌(Bradyrhizobium)丰度下降，而黄色杆菌科(Xanthobacteraceae)成员——特别是钩形杆菌(Ancylobacter sp. QY-1)与USDA110根瘤菌共接种时，能产生"1+1>2"的固氮增效现象。

该研究首次揭示非固氮菌通过"化学信号-微生物组"双重调控网络支援植物抗逆的新范式，更意外发现人工合成化合物在植物抗重金属胁迫中的潜在应用价值，为发展"微生物-代谢物"联合生物修复技术奠定理论基础。