蓝藻基种衣剂提升直播水稻萌发、幼苗活力及铁营养的可持续策略研究

《Discover Plants》：Novel cyanobacteria-based seed coatings for enhancing germination, seedling vigour and iron nutrition in direct-seeded rice

本研究针对传统水稻移栽方式资源消耗大、直播稻(DSR)易缺铁等问题，开发了一种基于蓝藻(cyanobacteria)的种子包衣技术。研究人员通过优化载体(vermiculite[V]、paddy straw compost:vermiculite[PV])、黏结剂(羧甲基纤维素[CMC]、阿拉伯胶[GA])及铁补充剂(FeSO4)的组合，筛选出最佳配方RPAN8+PV+1% CMC+1% FeSO4，显著提高了水稻种子萌发率、幼苗活力指数及铁螯合还原酶(FCR)活性。该技术不仅优于水引发(hydropriming)和微生物灌根(drenching)等传统方法，还为DSR系统提供了一种可扩展、环境友好的铁营养强化方案，对可持续农业发展具有重要意义。

　　

随着全球自然资源日益紧张，农业迫切需要向微生物驱动的可持续模式转型。水稻作为主要粮食作物，其传统移栽方式虽普及却耗工费水，而直播稻(DSR)虽能节约资源，却常面临铁缺乏等问题，制约幼苗生长。如何通过微生物技术提升DSR的萌发效率和营养吸收，成为研究者关注的重点。

本研究以蓝藻为核心，探索其作为种衣剂成分的潜力。蓝藻是一类光合原核微生物，能固定碳氮、分泌生长激素（如IAA），并活化土壤养分，被誉为“天然生物肥料”。团队选取三种蓝藻制剂：Anabaena laxa (RPAN8)、Anabaena torulosa-Trichoderma viride biofilm (An-Tr)及四株蓝藻复合菌群(BF1-4)，以巴斯马蒂水稻Pusa Basmati 1509为材料，通过81种包衣组合的初步筛选，优化载体（蛭石[V]或稻秆堆肥+蛭石[PV]）、黏结剂（CMC或GA）及FeSO₄浓度。最终通过穴盘实验对比包衣、水引发和灌根处理，评估萌发率、生物量、叶绿素含量、FCR活性、DHA等指标。

关键方法

研究通过纸卷发芽实验初筛包衣配方，以萌发百分比和幼苗活力指数（SVI、SVII）为核心指标；穴盘实验进一步分析幼苗生长（根长、鲜重/干重）、铁吸收效率（FCR活性）及土壤微生物活性（DHA、土壤叶绿素）。统计采用ANOVA和主成分分析(PCA)，以DMRT检验显著性（p≤0.05）。

研究结果

3.1 黏结剂与添加剂浓度优化

在81种处理中，RPAN8+PV+1% CMC+1% FeSO₄(T28)表现最优，萌发率达95%，SVI值达2862（较对照提升10倍）。CMC基包衣促进地上部生长（鲜重增15%），而GA基处理增强根系FCR活性（10-15%）。

3.2 包衣与灌根效果对比

GA包衣显著提升根长（9.9 cm）和根FCR活性（91.83 μM Fe(II) g^-1FW），而CMC包衣在生物量积累上占优（鲜重1.3 g）。灌根处理虽提高叶绿素含量（0.895 mg g^-1），但包衣技术在铁转运和土壤微生物活性（如DHA）上更具优势。

3.3 包衣与引发技术比较

GA+FeSO₄组合的根FCR活性最高（152 μM Fe(II) g^-1FW），而CMC+FeSO₄处理在幼苗干重（225.4 mg）和SVI（2056）上领先。蓝藻菌剂RPAN8和An-Tr在提升土壤DHA（123.1 μg TPF g^-1soil d^-1）和叶绿素含量（2.16 mg g^-1）方面表现突出。

3.4 主成分分析

PCA显示，包衣处理在色素含量和微生物活性上形成独立聚类，如S42、S45等处理与类胡萝卜素和总色素高度相关，而S36、S38与根FCR和DHA关联紧密，证实包衣技术对植株生理和土壤微环境的协同提升作用。

结论与意义

蓝藻基种衣剂通过优化载体-黏结剂-铁盐组合，有效解决了DSR系统铁缺乏和幼苗活力不足的难题。CMC包衣促进生物量积累，GA包衣增强铁吸收效率，而蓝藻菌剂（如RPAN8）进一步强化了土壤微生物活性。该技术不仅操作简便（一次播种即可），且优于传统水引发和灌根方法，为水稻可持续生产提供了可规模化应用的微生物解决方案。未来需进一步研究包衣种子的储存稳定性及大田适应性，以推动该技术的实际应用。