上海交大周培教授团队揭示植物根际促生菌驱动超富集植物协同增效镉污染修复的微环境调控机制

　　

近日，上海交通大学农业与生物学院周培教授团队在微生物领域权威期刊Microbiome在线发表了题为Nitrogen cycle induced by plant growth-promoting rhizobacteria drives “microbial partners”to enhance cadmium phytoremediation的研究论文。该研究系统性揭示了植物促生菌（PGPR）通过激活根际氮循环-诱导特异性根系分泌物-招募“伙伴”微生物的促生调控机制，进一步通过合成群落的构建强化了超富集植物的镉萃取效率。

镉（Cd）是农业土壤中毒性最强、迁移性最高的重金属污染物之一，易通过作物富集进入食物链，严重威胁人体健康。超富集植物虽能通过植物萃取技术绿色修复镉污染，但其修复效率受限于生物量低、生长周期长等瓶颈。PGPR与超富集植物联合修复技术具有低成本、可持续的优势，然而PGPR如何通过重塑根际微环境与微生物互作协同提高植物修复效率，其机制尚未明确。

研究团队利用前期筛选获得的具备自主知识产权的PGPR菌株巨大芽孢杆菌（Bacillus megaterium）NCT-2，通过接种Cd超富集植物龙葵（Solanum nigrum L.），发现PGPR的有效定殖重塑了根际营养微环境，尤其是驱动了氮循环，并基于模型预测分析揭示了土壤硝酸盐还原酶（S-NR）是潜在的关键调控因子。S-NR活性的升高调动了根际氨基酸代谢和合成途径，从而推动了根际微生物群生活史策略的转变，并在根际富集了特定的稀有微生物类群。研究进一步采用高通量筛选获得了8种潜在的核心微生物类群，通过构建与优化合成群落证实稀有微生物类群溶杆菌（Lysobacter）与微杆菌（Microbacterium）是PGPR功能增效的“核心盟友”，二者的加入可以有效地促进PGPR在龙葵根际的定殖，并协助PGPR执行植物修复强化功能。最后，多组学分析揭示了苯丙烷生物合成和色氨酸代谢途径在诱导简化合成群落重组和PGPR强化植物修复中的关键作用。该研究从根际微环境-功能微生物群-代谢调控多尺度解析了PGPR的协同增效机制，突破了传统单一菌剂应用的局限性，为开发“微生物-植物智能修复联合体”提供了全新范式。

上海交通大学农业与生物学院生态学博士生池耀威为论文第一作者，周培教授、张丹副研究员为通讯作者，助理研究员初少华、吉林农业大学由义敏副教授、江苏大学助理研究员陈寻峰、贵州科学院山地资源研究所王军才副研究员等参与了该研究。周培教授团队长期从事土壤生物修复、改良、农业低碳生态等方面的研究，在Microbiome、Nature Food、Journal of Hazardous Materials、Journal of Cleaner Production等国际知名期刊发表多篇论文。相关研究得到国家重点研发计划课题和国家自然科学基金等项目资助。

论文链接：https://doi.org/10.1186/s40168-025-02113-x

作者：

农业与生物学院

供稿单位：

农业与生物学院