来自青藏高原双色勒斯佩德扎草（Lespedeza bicolor Turcz）中磷酸盐溶解细菌的分离及其促生长机制

《Frontiers in Microbiology》：Isolation and growth-promoting mechanisms of phosphate-solubilizing bacteria from Qinghai-Tibet Plateau in Lespedeza bicolor Turcz

筛选青藏高原土壤中高效解磷菌并评估其对豆科植物生长及土壤微生物群落的影响，发现Bacillus atrophaeus Q4显著促进Lespedeza bicolor Turcz生物质积累，提升土壤养分及酶活性，改变微生物群落结构，为高寒地区植被恢复提供新策略。

　　本研究聚焦于高海拔地区土壤中磷酸溶解菌（Phosphate-Solubilizing Bacteria, PSB）的筛选与应用，探讨其对植物生长的促进作用，以及其与植物的协同作用机制。高海拔地区，尤其是青藏高原，由于其独特的地理环境和气候条件，土壤中营养物质含量普遍较低，磷元素的生物有效性更是受到显著限制。磷是植物生长发育过程中不可或缺的营养元素，尽管土壤中总磷含量较高，但仅有不到1%能够被植物有效吸收。这种低生物有效性主要归因于土壤中磷主要以有机磷（Organic Phosphorus, Po）形式存在，而植物主要依赖于无机磷（Inorganic Phosphorus, Pi）。因此，如何提高土壤中磷的生物可利用性，成为高海拔地区植被恢复与土壤改良的关键问题。

为了应对这一挑战，研究团队从青藏高原的原始未受干扰区域中筛选出具有高效磷溶解能力的微生物菌株，并评估其对一种重要的先锋植物——双色羊茅（*Lespedeza bicolor* Turcz）的促进作用。双色羊茅是一种适应性强的豆科灌木，广泛分布于青藏高原中低海拔山区，具有较强的抗寒、抗旱和耐贫瘠土壤能力，是土壤保护和植被恢复的重要物种。然而，其生长常受到高海拔陡坡地区土壤磷缺乏的限制，这不仅影响了植物的生物量积累，也限制了其对土壤稳定性的贡献。

通过一系列筛选实验，研究团队成功分离出三种具有显著磷溶解能力的菌株：*Bacillus atrophaeus*（Q4）、*B. megaterium*（Q7）和* B. toyonensis*（YG1）。这三种菌株在不同温度条件下均表现出良好的生长和磷溶解能力，其中Q4菌株在30°C时对有机磷的溶解能力最强，达到1.88的磷溶解指数，而Q7菌株在30°C时对无机磷的溶解能力最高，为1.72。此外，Q4菌株在22°C时表现出较高的磷溶解效率（89.72%），显著高于其他菌株。这些结果表明，Q4菌株在低温环境下仍能保持较高的磷溶解活性，显示出良好的冷适应能力，而YG1则更适合在较高温度下生长，其磷溶解能力在35°C时达到峰值。

在对双色羊茅进行的盆栽实验中，Q4菌株表现出最强的促生长效果，使植物总生物量增加了133.5%，显著高于Q7（95.8%）和YG1（29.9%）。同时，Q4菌株显著提高了植物的地上部分和地下部分的鲜重和干重，且其对植物根系的促进作用尤为明显，如根长、根表面积和根体积均显著增加。这些结果表明，Q4菌株能够有效改善土壤中磷的可利用性，从而增强植物对营养物质的吸收能力，提高其生长性能。此外，Q4菌株还显著提升了植物的光合参数，包括净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）和细胞间二氧化碳浓度（Ci），表明其对植物生理功能的改善具有积极意义。

土壤中微生物群落的多样性变化也是研究关注的重点。实验结果显示，Q4菌株的接种显著降低了土壤微生物群落的多样性，使微生物群落向某些特定菌群集中。这种变化可能与Q4菌株对土壤环境的调控作用有关，它通过改变土壤中的营养成分和酶活性，影响了微生物的生存和功能。同时，Q4菌株的接种显著提高了土壤中多种酶的活性，包括碱性磷酸酶（S-ALP）、过氧化氢酶（S-CAT）、转化酶（S-SC）、尿酶（S-UE）和脱氢酶（S-DHA）。这些酶的活性提升，反映了土壤中营养物质转化效率的提高，进一步改善了土壤肥力。

研究还发现，Q4菌株的接种显著提高了土壤中有机碳（SOC）、有效磷（AP）、速效钾（AK）和电导率（EC）等关键指标，这些因素与土壤微生物群落的结构变化密切相关。通过主成分分析和相关性分析，研究团队发现土壤中SOC、EC、AK、AP和HN等参数与微生物群落的结构变化存在显著的正相关关系，而pH值则表现出负相关。这些结果进一步验证了Q4菌株对土壤微生物群落结构的调控作用，以及其对土壤营养元素释放的促进效果。

此外，研究团队利用KEGG数据库对微生物群落的功能进行了预测分析。结果表明，Q4菌株的接种显著提高了与代谢相关的基因丰度，尤其是与辅因子和维生素代谢、碳水化合物代谢以及氨基酸代谢相关的基因。这些代谢过程不仅有助于土壤中营养物质的释放，还可能通过产生抗生素和植物激素，间接促进植物的生长发育。这种微生物与植物之间的协同作用机制，为生态修复提供了新的思路。

本研究的意义在于，它揭示了微生物在高海拔地区土壤改良和植被恢复中的潜在作用。通过筛选出具有高效磷溶解能力的微生物菌株，并评估其对植物的促进效果，研究团队为生态修复提供了可操作的微生物技术方案。同时，该研究还强调了微生物与植物之间的相互作用，表明通过优化微生物-植物组合，可以有效提升土壤肥力和植物适应性，为高寒地区的生态修复和土地可持续利用提供科学依据。

综上所述，本研究通过实验方法筛选出高效磷溶解菌株，并评估其对植物生长的促进作用，揭示了微生物在土壤营养转化和植物生理调控中的重要作用。Q4菌株在改善土壤营养条件、提高植物生物量和促进根系发育方面表现出显著优势，其与双色羊茅的组合可能是高海拔地区生态修复的理想选择。未来研究应进一步探讨该菌株在实际生态修复工程中的应用效果，以期为高海拔地区植被恢复和土壤改良提供更有效的生物技术手段。