植物根际促生菌与纳米氧化铁协同增效：提升伊朗圣罗勒农艺性状、抗氧化活性及精油产量的可持续生物强化策略

针对伊朗特有药用植物Satureja khuzistanica在碱性土壤中铁元素缺乏导致的生长受限问题，研究人员创新性地将植物根际促生菌(PGPR)与纳米/常规Fe2O3叶面喷施相结合。研究发现PGPR接种联合100 mg L-1纳米Fe2O3处理使精油产量提升4.07倍，叶片铁含量增加6.23倍，首次证实该协同策略可显著改善药用植物的生理生化特性与次生代谢产物合成，为可持续农业提供新思路。

　　

在伊朗西南部石灰质土壤中生长的伊朗圣罗勒(Satureja khuzistanica Jamzad)，因其精油中高达90%的香芹酚(carvacrol)成分而备受制药和食品工业青睐。然而这种特有药用植物正面临双重困境：一方面碱性土壤导致铁元素生物有效性低下，引发典型缺铁性黄化；另一方面野生资源的过度采集使其濒临生态危机。更棘手的是，传统化学铁肥在钙质土壤中易被固定，而人工栽培又缺乏系统的营养管理方案。如何通过绿色技术突破铁限制瓶颈，同步提升植株生长和药用成分含量，成为伊朗洛雷斯坦大学农业学院研究人员亟待解决的课题。

这项发表在《Industrial Crops and Products》的研究开创性地将两种可持续技术——植物根际促生菌(PGPR)接种与纳米氧化铁(Fe₂O₃NPs)叶面喷施相结合。研究团队采用完全随机设计，设置Curtobacterium plantarum和Pseudomonas brassicacearum两种PGPR接种与不同浓度(0/100/200 mg L^-1)纳米/常规Fe₂O₃的交互处理，通过温室实验系统评估了15个生长生理指标和17种精油成分。关键技术包括透射电镜(TEM)表征纳米颗粒形貌、原子吸收光谱测定铁含量、GC-MS分析精油组分，以及分光光度法检测苯丙氨酸解氨酶(PAL)和抗氧化酶(APX/CAT/POD)活性。

【Fe₂O₃NPs特性】TEM显示所用纳米颗粒呈球形(20-80 nm)，SEM证实其能通过气孔进入叶片组织，为后续生理效应提供结构基础。

【生物量与产量性状】PGPR与100 mg L^-1常规Fe₂O₃组合使绝对生长率(AGR)提升79.34%，而PGPR+100 mg L^-1纳米处理使根干重增加2倍，证实微生物-纳米材料协同增效。

【RWC与光合色素】PGPR+200 mg L^-1纳米处理组相对含水量(RWC)达87.62%，叶绿素a含量提升2.26倍，凸显纳米铁在促进光合作用方面的优势。

【抗氧化系统】200 mg L^-1纳米铁使抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性提升7.97倍，且显著降低H₂O₂积累，表明纳米铁通过激活抗氧化酶维持氧化还原平衡。

【精油产量与成分】最具突破性的发现出现在PGPR+100 mg L^-1纳米处理组，精油含量达3.29%(较对照提升2倍)，但有趣的是香芹酚含量峰值(90.96%)反而出现在单独纳米铁处理组，暗示PGPR可能通过未知机制分流部分代谢流。

这项研究首次揭示PGPR与Fe₂O₃NPs的协同作用机制：PGPR通过分泌铁载体(siderophore)和生长素促进铁吸收，而纳米铁的高比表面积特性增强叶面渗透，二者共同优化铁稳态→激活PAL酶→促进苯丙烷类代谢→提升精油产量。该策略使单位植株精油产量达0.11 g(提升4倍)，且避免土壤残留，为药用植物栽培提供"微生物-纳米"双效生物强化范式。特别值得注意的是，200 mg L^-1纳米铁处理使叶片铁含量达204 mg g^-1 DW，不仅解决缺铁性黄化，还可能增强植株抗逆性。这些发现对保护伊朗特有药用植物资源、发展绿色农业具有重要实践价值，其揭示的"铁信号-次级代谢"调控网络也为植物营养学研究提供新视角。