从地球到太空：细菌群落与绿色堆肥如何提升月球和火星模拟土壤中莴苣的生长效能

这篇综述探讨了植物生长促进细菌(PGPB)联合绿色堆肥在月球和火星模拟土壤(MMS-1/LHS-1)中对莴苣生长的协同增效作用，揭示了微生物接种通过增强氮固定(nifH)和磷溶解(phoD/BPP)功能基因表达，显著提升营养胁迫环境下作物的生物量(+35%)和矿质营养含量(+26%)，为太空农业生物再生生命支持系统(BLSS)提供了创新解决方案。

　　

从地球到太空：细菌群落与绿色堆肥如何提升月球和火星模拟土壤中莴苣的生长效能

引言
未来月球和火星基地的可持续性依赖于原位资源利用(ISRU)技术，其中生物再生生命支持系统(BLSS)通过植物实现空气再生、水循环和食物生产至关重要。本研究首次系统评估了由四种植物生长促进细菌(PGPB)——固氮菌(Azotobacter chroococcum 76A)、巨大普里斯特菌(Priestia megaterium EL5)、杨树甲基杆菌(Methylobacterium populi VP2)和假糖科萨科尼亚菌(Kosakonia pseudosacchari TL13)组成的复合菌剂，结合绿色堆肥对月球(LHS-1)和火星(MMS-1)模拟土壤中莴苣生长的调控机制。

材料与方法
实验在严格控制的环境中进行，采用完全随机区组设计，比较了原始模拟土壤与添加20%绿色堆肥(含8.25pH和低C/N比)的基质。通过qPCR检测氮磷循环功能基因(nifH/phoD/BPP)，高通量测序分析微生物群落，并测定莴苣生物量、叶绿素荧光(F_v/F_m)及28种矿质元素含量。

生长与生理响应
堆肥改良使莴苣生物量提升13倍(月球土壤从0.1增至1.3 g/株)，火星土壤表现最优(2.1 g/株)。PGPB接种进一步增加叶面积34%，但降低干物质含量，暗示微生物促进水分吸收。叶绿素荧光显示接种组F_v/F_m达0.77，表明PSII光化学效率改善，而SPAD指数在火星土壤中最高(13.1)，反映氮同化增强。

营养动态
火星土壤展现出更高的营养生物有效性(比月球土壤高40%)，尤其钙(9.3 g/kg)和钾(45.4 g/kg)。接种PGPB使叶片氮、硫含量分别提升39%和40%，且显著增加磷溶解基因phoD拷贝数(非改良土壤中+215%)。冗余分析揭示钙、锰与接种处理呈强正相关，证实微生物促进元素活化。

微生物生态
堆肥使细菌香农指数提升2.1倍，但PGPB接种选择性地富集微球菌目(Micrococcales)(占比达32%)。火星土壤中Burkholderiales相对丰度降低35%，而芽孢杆菌目(Bacillales)增加12.2%，表明基质特性驱动群落分化。值得注意的是，接种处理使固氮基因nifH在非改良火星土壤中达到与堆肥组相当水平，证实菌剂可部分替代有机改良。

讨论与展望
该研究首次阐明PGPB-堆肥协同作用通过三重机制提升外星土壤肥力：(1)直接提供生长素和ACC脱氨酶缓解胁迫；(2)通过生物膜形成增强矿物-微生物互作；(3)重塑根际微生物网络。未来需在无菌条件下验证菌株定殖动态，并开发基于宏基因组学的精准监控技术。这些发现为设计轻量化、低耗能的太空农场提供了关键科学依据，使长期深空任务的食物生产系统向现实迈进重要一步。