产脱落酸细菌Azospirillum brasilense跨土壤类型降低小白菜重金属积累的普适性机制研究

为解决土壤重金属污染威胁农产品安全的问题，研究人员通过接种产ABA细菌Azospirillum brasilense，系统评估其在浙江、黑龙江和四川三种典型土壤中对小白菜Cd、Ni、Pb、Zn积累的抑制效果。结果表明，该菌通过提升植物ABA含量（11.9–27.7%）、下调IRT1/IRT2表达（最高34.9%）及调节土壤pH，使重金属积累降低22.0–52.4%，生物量提升87.9–134.3%，为重金属污染农田的安全利用提供了创新解决方案。

　　

论文解读

随着工业快速发展，土壤重金属污染已成为威胁全球农产品安全和人类健康的重大环境问题。中国《全国土壤污染状况调查公报》显示，土壤中镉(Cd)、镍(Ni)、铅(Pb)、锌(Zn)的超标率分别达7.0%、4.8%、1.5%和0.9%。这些重金属通过食物链富集，不仅抑制作物生长，更可能引发慢性中毒。虽然外源施用植物激素脱落酸(ABA)可缓解重金属胁迫，但其成本高、易分解的特性限制了应用。近年来，能够持续分泌ABA的根际促生菌(Rhizobacteria)展现出独特优势，但其在不同土壤类型中的普适性机制尚不明确。

针对这一科学问题，中国某研究机构团队在《Ecotoxicology and Environmental Safety》发表研究，系统评估了ABA产生菌Azospirillum brasilense在浙江黄红壤(ZJS)、黑龙江黑土(HLS)和四川紫色土(SCS)中对小白菜重金属积累的调控效果。研究通过盆栽实验结合分子生物学手段，揭示了土壤类型通过影响菌株定殖效率、ABA合成及重金属转运蛋白表达，进而调控修复效果的机制。

关键技术方法
研究采集三省代表性农田土壤，人工模拟Cd(1.5 mg kg^?1)、Pb(600 mg kg^?1)、Zn(1250 mg kg^?1)、Ni(500 mg kg^?1)复合污染。采用实时荧光定量PCR(qPCR)检测铁转运蛋白基因(IRT1/IRT2)表达，酶联免疫吸附试验(ELISA)测定植物ABA含量，电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)分析重金属含量，并通过结构方程模型(SEM)解析多因素互作关系。

研究结果

3.1 重金属积累抑制的普适性
接种A. brasilense使三省土壤中小白菜Cd、Ni、Pb、Zn含量分别降低24.5–37.9%、26.1–49.2%、30.1–52.4%和22.0–48.4%，其中浙江土壤对Pb的抑制效果最显著(52.4%)。

3.2 生物量提升效应
菌株接种使小白菜鲜重增加87.9–134.3%，浙江土壤表现最优。生物量提升与重金属"稀释效应"共同贡献于食品安全性改善。

3.3 土壤环境调控
接种后土壤pH提升4.4–5.4%，DTPA提取态重金属含量降低3.5–36.5%，其中Pb在浙江土壤中的有效性下降最显著(36.5%)。

3.4 分子机制解析
植物ABA含量提升11.9–27.7%，与菌株定殖量呈正相关(R²>0.9)。铁转运蛋白基因IRT1/IRT2表达下调8.6–34.9%，浙江土壤中抑制幅度最大，证实ABA通过调控离子转运通道抑制重金属吸收。

3.5 多因素互作网络
SEM分析显示土壤类型通过三条路径影响修复效果：①改变菌株定殖效率(路径系数0.57)；②调节ABA合成进而抑制IRT1(0.60)；③通过提升生物量产生稀释效应。浙江土壤因更显著的IRT1抑制和pH调节作用，展现出最优修复性能。

结论与意义
该研究首次系统揭示了ABA产生菌跨土壤类型调控重金属积累的普适性机制。A. brasilense通过三重作用路径——提升土壤pH降低重金属有效性、增强植物ABA信号抑制IRT1/IRT2转运、促进生长稀释重金属浓度——实现"减毒增产"双重效益。研究发现中性砂壤(ZJS)中修复效果最佳，为区域性应用提供了土壤适配性指导。相较于传统化学修复，这种微生物策略具有成本低、环境友好、可持续等优势，对保障重金属污染区蔬菜安全生产具有重要实践价值。未来研究可进一步优化菌株-作物-土壤组合，推动该技术在大田条件下的规模化应用。