芽孢杆菌属生物肥料对番茄产量影响的Meta分析：增效机制与农业应用前景

本刊推荐：为解决化学肥料过度使用导致的土壤退化及环境污染问题，研究人员通过Meta分析方法系统评估了芽孢杆菌属(Bacillus spp.)作为生物肥料对番茄产量参数的影响。研究证实Bacillus spp.能显著提升果实数量(SMD=1.914)、单果重量(SMD=2.08)及果实直径(SMD=1.39)，并揭示菌株种类、细菌浓度、施用方式等调节因子对效果的影响，为可持续农业提供了微生物肥料应用的循证依据。

　　

在全球农业面临可持续发展挑战的背景下，化学肥料的过度使用已引发严重的环境与健康问题。作为世界第二大蔬菜作物，番茄的年产量高达1.7亿吨，但其集约化种植过程中普遍存在土壤肥力退化、生态系统污染等风险。化学肥料虽能短期增产，长期使用却可能导致土壤结构破坏、重金属积累甚至致癌物残留。在这一背景下，植物促生细菌（Plant Growth-Promoting Bacteria, PGPB）——尤其是芽孢杆菌属（Bacillus spp.）——因其能够促进作物生长、提高抗逆性而成为绿色农业的新希望。

早在20世纪初，首个商用细菌肥料“Alinit”即基于芽孢杆菌研制，可使作物增产40%。如今，诸如Kodiak（Bacillus subtilis GB03）、Rhizovital（B. amyloliquefaciens FZB42）等芽孢杆菌制剂已广泛应用于农业生产。然而，尽管个别研究证实了芽孢杆菌对番茄生长的积极作用，其整体效应及作用机制仍缺乏系统评估。为此，南非大学的研究团队开展了首项针对芽孢杆菌生物肥料对番茄产量影响的Meta分析，旨在通过整合已有证据，解析其增效规律并指导标准化应用实践。该研究近期发表于《Scientific Reports》。

研究团队通过系统性文献检索与筛选，从398篇相关论文中最终纳入15项符合标准的研究进行定量合成。这些研究覆盖了中国、土耳其、墨西哥、埃及等9个国家，涉及B. subtilis、B. amyloliquefaciens、B. licheniformis等10余种芽孢杆菌。使用OpenMEE软件与随机效应模型，计算了标准化均值差（SMD）以评估效应大小，并通过Meta回归分析探讨了菌株类型、细菌浓度、施用剂量、施用方式、生育期（DAP）、环境温度及试验持续时间等调节因子的影响。

主要研究结果

果实数量显著增加

分析显示，芽孢杆菌处理使番茄果实数量显著增加（SMD = 1.914，95% CI: 1.432–2.395，p < 0.001），但研究间存在高度异质性（I2 = 73%）。Meta回归表明，菌株种类、细菌浓度、施用剂量、施用方式、生育期和试验持续时间均是显著影响因素（R2 = 23%–87%），说明这些因子是效应变异的主要来源。

单果重量明显提升

芽孢杆菌处理同样显著提高了番茄单果重量（SMD = 2.08，95% CI: 1.42–2.73，p < 0.001），异质性较高（I2 = 73%）。菌株类型、施用剂量、施用方式、环境温度和试验持续时间对效果有显著调节作用，而细菌浓度和生育期的影响不显著。

果实形态性状改善

在果实长度方面，芽孢杆菌处理具有中等效应（SMD = 0.96，95% CI: 0.27–1.64，p = 0.006），异质性较低（I2 = 2%）。果实直径亦显著增加（SMD = 1.39，95% CI: 0.29–2.48，p = 0.013），但异质性较高（I2 = 59%）。菌株选择、细菌浓度、剂量等因素均对直径有显著影响。

发表偏倚分析

通过漏斗图与Rosenberg失安全数检验，发现果实数量与重量需分别新增1121篇与693篇阴性结果才能推翻当前结论，远高于阈值（70与55），表明结果稳健性较高。而果实长度与直径的失安全数接近阈值，提示结论需更多研究验证。

结论与讨论

本Meta分析证实，芽孢杆菌作为生物肥料可显著改善番茄产量性状，其机制包括直接促进植物生长与间接改善土壤健康及抗病性。芽孢杆菌通过固氮、溶磷、产生植物激素（如IAA、细胞分裂素）及抗菌物质（如surfactin、iturin等）等多途径协同作用，增强养分吸收、刺激根系发育并诱导系统抗性。

研究还强调了菌株特异性、施用技术及环境条件对效果的影响，为标准化应用提供了依据。例如，B. subtilis与B. amyloliquefaciens效果尤为突出；土壤接种与叶面喷施均可生效，但需根据生育期调整；细菌浓度在10?–10? CFU/mL、剂量50–100 mL/plant时效果最佳。

该研究不仅为芽孢杆菌生物肥料的农业推广提供了科学依据，也为未来研究指明了方向：需进一步探索其分子机制、优化菌剂配方，并开展长期田间试验以评估生态安全性。通过减少化学肥料依赖、提升土壤微生物多样性，芽孢杆菌应用有望推动番茄种植向可持续、高产与优质方向发展。