钾藻胶/果胶微胶囊种子包衣技术提升小麦耐盐性的微生物微囊化设计

针对盐碱地微生物种子包衣剂存活率低、储存期短的问题，研究人员通过筛选小麦根际促生菌Pseudoxanthomonas suwenensis，优化钾藻胶(A)/果胶(P)微胶囊包埋工艺，开发出包埋率达79.67%的种子包衣剂。该技术使菌株存活率提升27.96%，显著提高盐胁迫下小麦发芽率(18.33%)、生物量及抗氧化酶活性(SOD/CAT/POD)，降低氧化损伤标志物(H2O2/MDA)，为盐碱地农业提供新型微生物载体解决方案。

　　

土壤盐渍化已成为全球农业可持续发展的重大威胁，导致作物减产、土壤肥力下降。传统改良措施如化学修复或耐盐育种存在成本高、周期长等问题，而微生物种子包衣技术虽能缓解盐胁迫，却受限于菌株存活率低、储存稳定性差等瓶颈。如何通过材料创新提升功能菌株的递送效率，成为破解盐碱地种植难题的关键。

中国农业科学院农业资源与区域规划研究所的研究团队独辟蹊径，从小麦根际土壤中筛选出一株兼具产生长素(IAA)、过氧化氢酶(CAT)和铁载体能力的耐盐菌株Pseudoxanthomonas suwenensis，并创新性地采用内部乳化法构建钾藻胶(A)/果胶(P)复合微胶囊载体。相关成果发表于《Chemical and Biological Technologies in Agriculture》，为盐碱地作物栽培提供了可量化、可复制的微生物包衣技术方案。

研究团队运用三项核心技术：1) 通过根际土壤分离和功能验证筛选高效促生菌株；2) 采用内部乳化法制备不同A/P比例(4:0至0:4)的微胶囊，优化包埋参数；3) 通过盆栽实验系统评估包衣种子在轻度(EC=4 ds/m)和重度(EC=8 ds/m)盐胁迫下的生理响应，包括抗氧化酶活性、氧化损伤标志物及植物激素水平等21项指标。

微生物筛选与功能验证

从山东东营盐碱地小麦根际分离的S-3菌株经16S rDNA鉴定为Pseudoxanthomonas suwenensis，扫描电镜显示其呈杆状且表面光滑。功能实验证实该菌能分泌IAA(产量达9.68μg/mL)、分解H₂O₂的CAT酶及铁载体，为后续微胶囊设计奠定生物学基础。盆栽试验中，S-3包衣使小麦发芽率提升10.6%，株高和根长分别增加60.7%和43.6%，显著优于其他9株候选菌。

微胶囊制备与特性优化

通过Ca²⁺交联构建"蛋盒模型"微胶囊，A3P1组(钾藻胶:果胶=3:1)表现最优：包埋率79.67%，粒径分布均匀(SPAN=1.30)，28天储存后菌株存活率达70.27%，较未包埋菌提高27.96%。粘度测试表明A3P1保持适度粘附性(较纯果胶高6.3倍)，确保种子表面均匀覆盖。电镜显示A/P复合体系通过"拉链式"(藻胶)与"点状"(果胶)双重交联形成致密网络，为菌株提供物理屏障。

盐胁迫生理响应

在重度盐胁迫下，A3P1包衣种子展现全方位优势：

• 生长指标：发芽率提升18.33%，生物量(鲜重/干重)增加32.56%/33.28%，根总长度(TRL)和根毛长度(RHL)分别增长9.9%和9.78%
• 抗氧化系统：SOD、POD、CAT活性提升2.28%-13.52%，氧化损伤标志物H₂O₂和MDA降低4.39%-18.42%
• 激素调控：IAA、赤霉素(GA)、细胞分裂素(CTK)水平上升8.06%-20.72%，脱落酸(ABA)含量下降

随机森林模型分析揭示，叶绿素含量(Chl)、抗氧化酶活性与根系形态参数(TRL/TRA/TRV)是解释生物量变异的关键因子，其相关性系数达0.82-0.91。

这项研究通过材料科学与微生物工程的交叉创新，证实钾藻胶/果胶微胶囊能有效延长功能菌株的田间存活时间，并通过多重机制增强小麦耐盐性：物理上构建菌株保护屏障，生化上激活抗氧化防御系统，分子层面调节激素平衡。该技术为开发新一代智能种子包衣产品提供了理论支撑，尤其适合在占全球耕地20%的盐渍化区域推广。未来研究可结合多组学技术，进一步解析微胶囊-微生物-植物互作网络，推动盐碱地农业的绿色发展。