自陷凝胶化：利用Azotobacter vinelandii自身胞外多糖构建新一代生物接种剂的创新策略

本研究针对传统凝胶包埋植物根际促生菌(PGPR)成本高、工艺复杂的问题，创新性利用Azotobacter vinelandii自主合成的藻酸盐(alginate)，通过Ca2+诱导自陷(self-entrapment)形成凝胶基质。实验证实DSM 87等三株菌株藻酸盐产量达3.5-4.9 g/L，兼具IAA(10.5 μg/mL)分泌和溶磷能力，突破性地实现了无需外源凝胶剂的低成本生物接种剂制备，为可持续农业提供新方案。

　　

论文解读

在追求粮食安全的今天，化学肥料过度使用导致的土壤退化已成为全球农业的"阿喀琉斯之踵"。虽然植物根际促生菌(PGPR)作为"绿色肥料"备受期待，但裸露的细菌在严酷的土壤环境中往往"出师未捷身先死"。传统解决方案是将PGPR包裹在藻酸盐(alginate)凝胶中，但这种"外购盔甲"策略成本高昂——仅藻酸钠原料就占生产成本的19%，使得这项技术长期困在实验室阶段。

捷克科学基金会资助的研究团队独辟蹊径，将目光投向能自主生产"生物盔甲"的Azotobacter vinelandii。这种革兰氏阴性菌天生具备双重防御：胞内储存抗逆性物质聚羟基丁酸酯(PHB)，胞外分泌可凝胶化的藻酸盐。研究人员提出革命性的"自陷"(self-entrapment)概念——让细菌用自身分泌的藻酸盐在Ca²⁺作用下形成保护性凝胶，实现"自产自用"的闭环生产。

研究采用德国微生物保藏中心的5株A. vinelandii(DSM 85/87/576/720/13529)，通过发酵动力学分析、分子量测定、FTIR等技术评估藻酸盐产量与特性，结合机械性能测试和SEM观察凝胶结构。植物促生能力通过吲哚乙酸(IAA)分泌、铁载体产生和溶磷实验验证，最后通过活菌计数确认释放细菌的存活率。

关键发现：

1. 菌株筛选：DSM 87、720和13529三株菌表现突出，藻酸盐产量最高达4.9±0.6 g/L（DSM 87），且分子量分布和G/M比值（表征凝胶能力的参数）适宜Ca²⁺交联。
2. 自凝胶形成：培养第4天添加CaCl₂即可形成稳定凝胶，储能模量(G')达10³ Pa量级，SEM显示典型"蛋盒"(egg-box)结构。
3. 多重促生功能：高产藻酸盐菌株同时分泌10.5 μg/mL IAA（植物生长激素），且均具有铁载体和溶磷活性，形成"一菌多效"的优势。
4. 生存保障机制：自陷凝胶中细菌存活率超90%，PHB积累（占细胞干重35%）进一步增强了环境抗性。

这项研究开创了PGPR制剂的新范式：通过"就地取材"的藻酸盐自凝胶化，将传统工艺的原料成本归零；而内源性PHB储备与藻酸盐凝胶构成"内外兼修"的防护体系。发表于《Carbohydrate Polymers》的成果不仅提供了具体技术方案（已明确最优菌株DSM 87的工艺参数），更启示了微生物资源开发的创新思路——充分利用菌株自身的"工具箱"，实现从"制造"到"生长"的生产方式转变。正如研究者Stanislav Obru?a强调的，这种仿生策略将生物制造的经济性与生态性统一起来，为农业微生物制剂的产业化扫清了关键障碍。