苔藓-微生物复合体在月球和火星模拟土壤中促进作物生长的机制与应用研究

为解决极端土壤环境下作物生长受限的问题，研究人员开展了一项关于苔藓-微生物复合体（Hypnum plumaeforme及其共生微生物）在月球（LHS）和火星（MGS）模拟土壤中促进大麦生长的研究。通过分离具有溶磷、产IAA和铁载体合成能力的Pseudomonas monteilii和Bacillus cereus菌株，结合苔藓处理，显著提升了大麦的生物量、有机质含量及土壤CEC（阳离子交换容量）。研究证实苔藓不仅是有机输入源，更是极端条件下植物-微生物互作的关键媒介，为地外农业和土壤修复提供了可持续的生物肥料策略。

　　

随着全球40%的土地面临退化，土壤生产力下降和生态系统服务丧失已成为21世纪最紧迫的挑战之一。更令人担忧的是，到205年，90%的土壤可能退化，这对人类活动和生命维持构成严重威胁。在此背景下，苔藓作为生物土壤结皮（BSCs）的关键组分，因其在贫瘠环境中保持水分、促进养分循环和稳定土壤结构的独特能力而备受关注。然而，苔藓如何通过与微生物的协同作用改善极端环境下的植物生长，仍是未解之谜。

Code of Nature（韩国梁山市）的研究团队以Hypnum plumaeforme Wilson苔藓及其共生微生物为研究对象，探索了其在月球高地模拟土（LHS）和火星全球模拟土（MGS）中对大麦（Hordeum vulgare L.）生长的促进作用。研究发现，苔藓与微生物共处理显著提高了大麦的茎生物量、干重及土壤有效磷和有机质含量，尤其在MGS中，苔藓作为生物缓冲剂缓解了高容重对微生物活性的抑制。相关成果发表在《Ecological Genetics and Genomics》上，为可持续农业和行星地球化提供了新思路。

研究采用微生物分离与鉴定（16S rRNA测序）、土壤理化分析（pH、EC、CEC等）、代谢组学（LC-MS）及植物生长表型评估等关键技术。通过对比苔藓单独处理、微生物单独处理及联合处理的效果，系统分析了土壤改良机制。

3.1 苔藓处理对常规土壤中大麦生长的影响

在沙土-园艺土混合基质中，苔藓处理显著提升了大麦茎伸长和鲜重，表明其通过改善根际微环境增强植物生理活力。

3.2 月球和火星模拟土中的大麦生长

苔藓处理使LHS和MGS中的大麦株高、干重分别提升2.3倍和1.8倍，并显著增加土壤有效磷（LHS中从1.2增至15.6 mg/kg）。

3.3 苔藓相关微生物群落分析

从苔藓中分离出Pseudomonas monteilii和Bacillus cereus等具有溶磷和IAA生产能力的菌株，其在LHS中使大麦鲜重增加47%。

3.4 微生物-苔藓协同效应

在MGS中，单独微生物处理无效，但与苔藓联用后大麦生物量提升35%，表明苔藓通过改善土壤结构（孔隙度从38.7%增至52.1%）支持微生物定植。

3.5 代谢组学分析

苔藓-微生物处理组中D-核糖和D-葡萄糖酸等代谢物积累，提示其通过激活核苷酸合成和氧化应激响应通路促进生长。

研究结论指出，苔藓-微生物复合体通过三重机制发挥作用：物理上改善土壤结构，化学上提升养分有效性，生物上调控根际微生物组和宿主代谢。尤其在MGS等高密度土壤中，苔藓的“生物缓冲”功能克服了微生物活性受限的瓶颈。该策略不仅适用于地外农业，也为地球上的退化土壤修复提供了可扩展方案，例如通过接种Pseudomonas和Bacillus菌株减少化肥依赖。未来研究可进一步解析苔藓-微生物互作的分子信号网络，并优化其在干旱或盐碱地的应用参数。