跨 kingdom（细菌-真菌）合成微生物群落缓解水稻镉毒害并抑制其吸收的机制研究

《Applied Soil Ecology》：Cross-kingdom synthetic microbial community alleviates Cd toxicity and inhibits its uptake in rice

本研究针对农田土壤镉（Cd）污染威胁粮食安全与人体健康的问题，开展了跨 kingdom（细菌-丛枝菌根真菌）合成微生物群落（SynComs）修复镉污染土壤的机制研究。结果表明，该群落通过提升土壤酶活性、改善养分状况（如NO3?-N、Olsen-P）、降低镉生物有效性（DTPA-Cd降低12.8–16.9%）及激活水稻抗氧化系统（SOD、POD活性显著增强），显著促进水稻生长并降低籽粒镉积累（降幅达52.9%）。该研究为镉污染农田的安全利用提供了高效、可持续的微生物修复策略。

　　

随着工业化与农业现代化的快速发展，土壤重金属污染已成为全球性的环境挑战。其中，镉（Cd）因其高流动性、强毒性及难降解性，极易通过作物吸收进入食物链，对人类健康构成严重威胁。水稻作为全球过半人口的主粮，对镉具有较强的富集能力，使得稻米成为膳食镉暴露的主要来源。在污染农田中，如何有效降低镉从土壤向水稻籽粒的转移，是实现粮食安全生产的关键难题。

传统的物理化学修复方法成本高、易破坏土壤生态，而微生物修复技术因其环境友好、可持续性强受到广泛关注。合成微生物群落（Synthetic Microbial Communities, SynComs）通过多物种协同作用，可增强重金属的固定效率，但其研究多局限于单一 kingdom（如细菌），跨 kingdom（尤其是细菌-真菌）联合修复的潜力与机制尚不明确。在此背景下，浙江师范大学行知学院的朱小珍团队在《Applied Soil Ecology》发表研究，探讨了细菌-丛枝菌根真菌（Arbuscular Mycorrhizal Fungi, AMF）跨 kingdom SynComs 对水稻镉吸收的抑制效果及其机理。

研究通过盆栽试验，设置了4种处理：不接种对照（CK）、单菌接种（Pseudomonas sp. NT-2, N）、双菌接种（NT-2 + Enterobacter sp. EG16, NE）及细菌-AMF复合接种（NEA）。在水稻关键生育期（抽穗期与成熟期）采集根际土壤与植株样本，分析了土壤理化性质、镉形态转化、微生物群落结构、水稻生理指标及镉积累动态。关键技术包括：土壤镉形态的BCR连续提取法、DTPA提取态镉含量测定、植物抗氧化酶（SOD、POD、CAT）活性与氧化损伤指标（H₂O₂、O₂·^?、MDA）检测、高通量测序（16S rRNA V3–V4区）解析微生物群落，以及偏最小二乘路径模型（PLS-PM）揭示多因子互作关系。

3.1. 土壤性质

跨 kingdom SynComs（NEA处理）显著提升了土壤养分含量（NO₃^?-N、NH₄⁺-N、Olsen-P、SOC）及pH值，增幅达2.4–42.9%，并增强了脲酶（UE）、酸性磷酸酶（AP）等关键酶活性。微生物接种还改变了细菌群落结构，富集了Myxococcota、Acidobacteriota等具有镉抗性功能的菌门。

3.2. 镉形态与生物有效性

NEA处理使土壤可交换态（F1）和还原态（F2）镉含量最大降低16.9%，而稳定态（F3、F4）镉比例显著上升。DTPA提取态镉在抽穗期和成熟期分别降低26.4%与33.3%，表明SynComs通过提高pH、促进有机质结合等途径降低了镉的生物有效性。

3.3. 水稻生长与抗逆性

跨 kingdom接种显著促进了水稻根系与叶片生长（根长增加58.0%），提高了光合色素含量与抗氧化酶活性，同时降低了H₂O₂、MDA等氧化损伤指标。相关性分析显示，土壤养分状况与植物抗氧化能力呈显著正相关，印证了微生物通过改善根际环境增强宿主抗逆性的作用。

3.4. 镉吸收、转运及其驱动因素

NEA处理使根系镉含量降低37.1%，籽粒镉积累降幅达52.9%。路径模型表明，微生物接种通过直接调控镉形态转化、间接增强植物生长与抗氧化系统，共同抑制了镉向籽粒的转运。其中，土壤生物特性（如微生物多样性）对植物抗氧化能力的正向影响尤为突出。

本研究系统阐明了跨 kingdom SynComs 通过“土壤-微生物-植物”多路径协同降低水稻镉积累的机制：一方面，细菌-AMF互作提升了土壤肥力与镉固定能力；另一方面，微生物激活了宿主抗氧化防御系统，缓解了镉毒害。该策略不仅显著优于单菌接种，还为污染农田的绿色修复提供了新思路。未来需进一步开展田间试验，验证其生态稳定性与推广应用潜力。