氮肥与巴西固氮螺菌协同调控小白菜镉积累的机制研究：基于ABA介导的双重通路

针对农田重金属污染威胁农产品安全的问题，浙江大学团队开展氮肥与巴西固氮螺菌（Azospirillum brasilense）协同降低小白菜镉（Cd）积累的研究。发现硝酸盐氮肥组合处理通过提升ABA含量22%并抑制IRT1/IRT2表达（降幅45.5%/43.5%），使Cd积累减少35.6%，生物量增加12.7%，其机制涉及土壤Cd生物有效性调控和ABA介导的转运蛋白抑制双重通路，为农业安全生产提供新策略。

　　

随着工业化和城市化进程加速，我国农田土壤重金属污染问题日益严峻。2014年全国土壤污染调查显示，无机污染物占比高达82.8%，其中镉（Cd）超标率居首（7.0%）。这种不可降解的毒性物质通过食物链富集，严重威胁人类健康。传统物理化学修复方法成本高昂且破坏土壤生态，而植物修复技术虽环保却常伴随产量损失。在这一背景下，如何实现"边生产边修复"成为农业环境领域的重大挑战。

研究发现植物激素脱落酸（ABA）能调控重金属吸收，但单纯依赖植物内源ABA难以有效缓解胁迫。有趣的是，巴西固氮螺菌（Azospirillum brasilense）等ABA产生菌可显著提升植物ABA水平，降低Cd积累40%-80%。然而农业生产中氮肥施用不可避免，不同氮形态（硝酸盐、铵盐、尿素）对Cd吸收的影响存在争议，且其对微生物功能的调控机制尚不明确。这些知识缺口导致田间应用效果难以预测，亟需揭示氮肥-微生物协同作用机制。

浙江树人大学团队在《Journal of Environmental Chemical Engineering》发表的研究，通过盆栽实验结合多组学分析，首次系统评估了三种氮肥与A. brasilense组合对小白菜（Brassica chinensis L.）Cd积累的影响。研究发现硝酸盐氮肥协同菌株处理表现最优，较对照组降低Cd积累35.6%，同时提升生物量12.7%。机制研究表明该组合通过双重通路发挥作用：一方面调节土壤Cd生物有效性，另一方面通过提升ABA含量22%，显著抑制根部铁调控转运蛋白IRT1和IRT2的表达（分别下降45.5%和43.5%）。结构方程模型（SEM）进一步证实氮肥形态通过改变微生物群落和ABA合成途径，间接影响Cd转运系统。该研究为重金属污染农田的绿色生产提供了可操作性方案。

关键技术方法包括：1）模拟Cd污染土壤制备（杭州郊区土壤添加CdCl₂至2 mg kg^-1）；2）氮肥形态梯度设计（硝酸钙、硫酸铵、尿素各设3浓度）；3）qPCR检测IRT1/IRT2基因表达；4）HPLC测定植物ABA含量；5）结构方程模型分析多因素互作网络。

【Synergistic effects of nitrogen fertilizers and A. brasilense on Cd accumulation and plant growth】
通过盆栽实验发现，硝酸盐+A. brasilense处理组小白菜地上部Cd含量最低（0.82 mg kg^-1），较对照下降35.6%，且叶绿素含量提升18.2%。铵盐和尿素组合效果次之，Cd降低幅度分别为19.3%和7.4%。所有处理均促进生长，其中尿素组生物量增幅最大（22.4%），但Cd脱毒效率最低，揭示产量与安全性的权衡关系。

【Mechanistic insights into ABA-mediated transporter suppression】
硝酸盐组合处理使根际A. brasilense定殖量增加2.3倍，伴随ABA合成关键基因NCED3表达上调。该组植物ABA含量达1.24 μg g^-1，显著高于其他处理。转录分析显示IRT1和IRT2表达量分别降至对照的54.5%和56.5%，且Cd²⁺内流速率降低41.7%，证实ABA通过调控转运蛋白抑制Cd吸收。

【Dual-pathway regulation through SEM modeling】
结构方程模型揭示，氮肥形态通过两条独立通路影响Cd积累：直接路径为改变土壤pH和CEC（阳离子交换量），使可交换态Cd降低29.8%；间接路径通过调控微生物群落（Burkholderiales相对丰度增加15.2%）和ABA合成，贡献率达61.3%的Cd变异解释量。

结论表明，硝酸盐氮肥与A. brasilense协同可突破传统修复技术的产量限制，其通过ABA介导的"微生物-植物-土壤"三级调控网络，实现Cd积累减少与产量提升的协同效应。该研究不仅为重金属污染农田安全利用提供新技术，更创立了农艺措施调控微生物功能的范例，对发展绿色农业具有重要实践价值。讨论部分指出，未来需开展田间验证试验，并探索不同作物体系的普适性机制。