植物促生菌重塑玉米根际微生物网络及生化特性驱动可持续生长的机制研究

针对磷缺乏条件下外源植物促生菌(PGPB)对根际微生物互作机制认识不足的问题，研究人员通过玉米盆栽实验，结合PICRUSt2功能预测和PLS-SEM模型分析，发现PGPB接种显著提升碳氮代谢相关菌群(如Allorhizobium-Neorhizobium-Pararhizobium-Rhizobium sp.)丰度，增强土壤酶活性和玉米光合效率，为可持续农业提供理论支撑。

　　

在追求高产量的现代农业中，化学肥料的过度使用导致土壤退化、生态失衡等问题日益严峻。磷(P)作为植物生长必需元素，其缺乏会直接制约作物产量。植物促生菌(PGPB)因其固氮、溶磷、分泌生长激素等特性，被视为实现绿色农业的关键突破口。然而，在缺磷条件下，PGPB如何调控根际微生物网络的"社交行为"，又如何通过这种调控影响土壤-植物系统的协同运作，仍是悬而未决的科学谜题。

来自重庆的研究团队在《Applied Soil Ecology》发表的研究，通过精心设计的玉米盆栽实验，结合高通量测序、PICRUSt2功能预测和偏最小二乘结构方程模型(PLS-SEM)等前沿技术，首次系统揭示了PGPB在缺磷环境中的生态调控"智慧"。实验采用实验室筛选的内生性和根际PGPB菌株，采集重庆紫色土(Entisols)进行盆栽，设置不同接种处理组，通过测定土壤酶活性(如酸性磷酸酶、脲酶)、微生物群落结构和植物生理指标，构建了PGPB-微生物-土壤-植物的多维互作图谱。

PGPB对土壤生化特性及玉米生长的影响
研究发现PGPB接种使玉米抽雄期生物量平均提升36.28%，其中共接种处理(T3)效果最显著，籽粒生物量增加达42.15%。这种生长优势与土壤有机质(SOM)、速效磷(AP)含量提升密切相关，尤其是碱性磷酸酶(ALP)活性最高增加89.34%，直接激活了土壤磷循环。

微生物群落结构与功能重塑
网络分析显示PGPB显著提高细菌群落的模块化程度，关键节点菌如Ciceribacter sp.和Azospirillum sp.丰度增加2.1-3.8倍。PICRUSt2预测表明这些菌群强力驱动碳氮代谢通路，其中固氮相关基因(nifH)和磷酸转运系统(pst)基因丰度提升尤为突出。

环境因子互作机制
db-RDA分析揭示微生物群落变化与土壤pH、SOM、AP呈强相关性(r²=0.782)。PLS-SEM模型进一步证实PGPB通过"土壤酶活→养分有效性→微生物功能→植物生理"的级联效应，最终使玉米光合速率提升27.6%，可溶性糖含量增加33.4%。

这项研究不仅阐明了PGPB在缺磷条件下"微生物工程师"的生态角色，更创新性地构建了从基因到生态系统的多尺度作用框架。其发现为减少磷肥依赖、实现"以菌代肥"提供了精准调控靶点，对推动农业碳中和具有重要意义。特别是提出的共接种策略，为设计下一代微生物菌剂组合提供了理论蓝图。