《Biocatalysis and Agricultural Biotechnology》：Dynamics of encapsulated
Bacillus subtilis
in soil under salinity and temperature stresses
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微生物接种剂在农业中受限于土壤环境复杂性和生物/非生物胁迫，淀粉基封装可提升枯草芽孢杆菌在0-200 mM NaCl及15°C、30°C、45°C条件下的存活与增殖，尤其在盐胁迫和低温中效果显著，长期储存仍具活性，为气候逆境下可持续农业提供新策略。
瓦妮莎·阿劳霍·格拉西亚诺（Vanessa Araujo Graciano）| 卢迪米拉·阿劳霍·洛迪（Ludimila Araújo Lodi）| 瓦妮莎·莫利纳·德·瓦斯康塞洛斯（Vanessa Molina de Vasconcellos）| 克里斯蒂安娜·桑切斯·法里纳斯（Cristiane Sanchez Farinas）
巴西圣卡洛斯（S?o Carlos, SP）国家农业纳米技术实验室，Embrapa仪器部，11月15日街1452号，邮编13560-970
摘要
微生物接种剂在农业中的效果往往受到土壤环境复杂性的限制，以及生物和非生物因素的影响。包封技术为提高微生物在这种条件下的存活率和效果提供了一种有前景的策略。然而，包封后的细胞如何在受到压力的土壤环境中茁壮成长仍不清楚。本研究旨在评估基于淀粉的包封技术在不同盐度（0–200 mM NaCl）和温度条件（15°C、30°C和45°C）下增强Bacillus subtilis存活率和繁殖能力的有效性。通过使用人工土壤和粘土土壤进行了实验室规模的盆栽实验，以比较包封细胞与自由细胞接种的效果。形态学和结构表征证实了微生物细胞成功整合到了基于淀粉和磷酸盐的基质中，这种基质提供了物理保护并维持了营养物质的供应。在盐度适中到较高以及15°C和30°C的条件下，包封的B. subtilis在存活率和生长方面明显优于自由细胞。即使在营养贫乏、酸性的粘土土壤中，包封技术也显著提高了细菌的持久性。长期储存测试进一步证明了该制剂在常温条件下的可行性超过两年。这些发现表明，基于淀粉的包封技术作为提高气候压力下农业系统中微生物接种剂效果的策略具有潜力，有助于开发更具抗逆性的生物肥料，从而促进可持续农业的发展。
引言
持续的气候危机对全球粮食安全构成了重大挑战，土壤健康被认为是可持续农业生产力的关键决定因素（Janni等人，2024；Rosegrant等人，2024）。土壤支撑了全球约95%的粮食生产（FAO，2021），然而不可持续的农业实践、资源过度开发和人口增长正在加速全球范围内的土壤退化（Stavi等人，2021）。此外，近期全球气温上升、降水模式变化以及极端天气事件（如长期干旱和热浪）的频率增加，进一步加剧了土壤退化过程。在降雨量有限、温度高和淡水稀缺的地区，盐度和干旱经常同时发生。水分不足减少了土壤中盐分的淋溶，导致根区盐分积累，从而抑制植物生长并进一步加剧土壤退化（Stavi等人，2021；FAO，2023；Acharya等人，2024）。
微生物接种剂，特别是促进植物生长的细菌，如Bacillus subtilis，为缓解这些挑战提供了可持续的解决方案。B. subtilis通过多种机制促进植物生长，包括磷酸盐的溶解（Abreu等人，2017；Bahadir等人，2018；Florencio等人，2022）、产生植物激素如吲哚-3-乙酸（IAA）（Wahyudi等人，2011；Mohite，2013；Abreu等人，2017）、分泌酶（Chandra等人，2024；Ning等人，2025）以及形成生物膜以增强根系定殖和养分吸收（Sarti等人，2023）。然而，由于在恶劣非生物条件下的存活率较低，微生物接种剂的效果仍然有限（Enebe和Babalola，2018；da Cunha等人，2024）。
包封技术作为一种提高微生物存活率的有前景的策略应运而生。通过将微生物嵌入保护性基质中，包封可以延长其在不利环境中的保质期和存活时间（Klaic等人，2018b；Vassilev等人，2020；Lopes等人，2023；Lodi等人，2024）。最近在包封系统方面的进展表明，在受控的非生物压力条件下（包括紫外线辐射、杀菌剂和杀虫剂暴露、短期热应激以及高盐度条件），微生物的存活率得到了提高（Lopes等人，2023；Lopes等人，2024；Velloso等人，2024；Lodi等人，2024；Brondi等人，2025）。淀粉是一种可生物降解、可再生且成本低廉的聚合物，特别适合用于微生物包封，因为它能提供富含营养的微环境，支持微生物的存活（Bashan等人，2002；Giroto等人，2017；Velloso等人，2023）。之前已有研究表明，淀粉作为包封基质在协同输送岩磷和Aspergillus niger作为生物肥料方面有效，从而提高了磷的溶解度（Klaic等人，2018）。
尽管对微生物包封技术的兴趣日益增加，但关于包封微生物在土壤环境中的存活率和效果仍存在知识空白，因为土壤中的多种非生物因素（如盐度和温度）会影响其存活率。本研究旨在评估基于淀粉的包封技术在不同盐度和温度条件下增强B. subtilis在土壤中存活能力的有效性。通过使用人工土壤和粘土土壤进行实验室规模的盆栽实验，我们比较了包封细胞与自由细胞接种的效果，为在气候压力下的农业环境中应用包封技术以提高微生物接种剂效果提供了见解。
章节片段
微生物和细胞包封
所使用的接种菌株是Bacillus subtilis（CNPMS B2084），来自巴西米索加拉斯州（Minas Gerais）的Embrapa玉米和高粱多功能及植物病原微生物收藏库（CNPMS），该菌株以其高效的磷酸盐溶解能力和促进植物生长的能力而闻名（Oliveira等人，2009；Ribeiro等人，2018；de Sousa等人，2021）。
为了重新激活储存在-80°C下的细菌，将其接种在TSA Tryptone Soy Agar（TSA）平板上，然后在30°C下培养
制剂的形态学和物理化学表征
为了阐明包封基质和最终微生物制剂的结构和组成特性，我们对原材料和包封产品进行了表征。图2展示了从干燥和研磨到最终包封粉末的整个制备过程（图2a），以及进行的关键分析。使用扫描电子显微镜（Figure 2b）分析了制剂的形态，而其晶体相则通过
结论
本研究表明，基于淀粉的包封技术在受压力条件下的土壤盆栽实验中有效提高了B. subtilis的存活率和繁殖能力。在各种盐度和温度压力水平下，包封的B. subtilis的细胞浓度始终显著高于自由生活的细胞，证实了包封基质的保护作用。包封提供了一个改善了营养物质供应的微环境
CRediT作者贡献声明
克里斯蒂安娜·桑切斯·法里纳斯（Cristiane Sanchez Farinas）：撰写 – 审稿与编辑、监督、资金获取、数据分析、概念构思。瓦妮莎·阿劳霍·格拉西亚诺（Vanessa Araujo Graciano）：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、方法论设计、调查、数据分析、数据管理。瓦妮莎·莫利纳·德·瓦斯康塞洛斯（Vanessa Molina de Vasconcellos）：撰写 – 审稿与编辑、数据分析。卢迪米拉·阿劳霍·洛迪（Ludimila Araújo Lodi）：撰写 – 审稿与编辑、数据分析、数据管理
未引用的参考文献
Dong和Vasanthan，2020；EMBRAPA，2011；FAO和ICBA，2023；Raij等人，2011。
利益冲突声明
? 作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的竞争性财务利益或个人关系。
致谢
作者感谢以下巴西研究资助机构的财政支持：国家科学技术发展委员会（CNPq）（项目编号402713/2023-0、441573/2023-1、442575/2019-0-SISNANO/MCTI项目和406925/2022-4-INCT循环聚合物材料项目）、高等教育人员协调委员会（CAPES）（财务代码001）、圣保罗州研究基金会（FAPESP）（项目编号2024/09631-8）。此外，作者
