多种属细菌生物刺激素对露地冬季甜瓜（*Cucumis melo* L. var. *inodorus*）根际动态、产量早熟性及果实品质的影响

《Scientia Horticulturae》：Influence of a multi-species bacterial biostimulant on rhizosphere dynamics, yield earliness, and fruit quality of open-field winter melon (Cucumis melo L. var. inodorus)

　　

在一项为期两个生长季的田间试验中，研究人员评估了一种包含多种属植物生长促进细菌（PGPB）生物刺激素（包括*Bacillus tequilensis*、*Peribacillus frigoritolerans*、*Pseudomonas lini*、*Pseudomonas frederiksbergensis*、*Pseudomonas atacamensis*、*Pseudomonas reinekei* 和 *Pseudomonas granadensis*）对土壤微生物动态及冬季甜瓜（*Cucumis melo* L. var. *inodorus*）生产性能的影响。在两个试验中，PGPB均在移栽时和移栽后30天各接种一次。首次接种后不久，总嗜中温细菌（TMB）增加了高达+1.8 log CFU g^-1，总嗜中温厌氧细菌（TMaB）增加了+1.6 log CFU g^-1，而真菌从4.35 log CFU g^-1上升至5.15 log CFU g^-1（p?**论文解读：多菌种细菌生物刺激素对冬季甜瓜根际微生态及产量品质的调控效应**

**1. 研究背景与科学问题**

现代农业面临全球粮食需求增长与化学投入品过度使用导致的环境压力、耕地退化等严峻挑战。植物生长促进细菌（PGPB）作为一类有前景的生物制剂，能够通过固氮、解磷、产铁载体及合成植物激素（如吲哚-3-乙酸，IAA）等多种机制，在减少化学投入的同时提升作物生产力。然而，PGPB在田间条件下的实际效果受气候、土壤、植物基因型及土著微生物群落结构等生物与非生物因素的深刻影响，常表现出不稳定性。使用多菌种联合体（consortia）被认为能克服单一菌株的局限性，通过菌株间的协同作用增强其适应性和功能。

甜瓜（*Cucumis melo* L.）是全球重要的园艺作物，其中冬季甜瓜（*C. melo* var. *inodorus*）因其高糖度、长货架期和耐运输特性，在地中海、中美洲和亚洲地区具有重要经济价值。然而，目前关于PGPB应用的研究多集中于网纹甜瓜（*C. melo* var. *reticulatus*），对冬季甜瓜尤其是其在田间环境下的响应机制研究匮乏。因此，本研究旨在评估一种多菌种PGPB生物刺激素对冬季甜瓜生长、产量和品质的影响，并同时监测引入菌株在土壤和根际中的持续存在情况，以建立农艺表现与微生物动态之间的联系，为开发可持续的冬季甜瓜生物栽培策略提供科学依据。该论文发表在《Scientia Horticulturae》。

**2. 主要关键技术方法**

研究人员为开展研究，主要采用了以下关键技术方法：（1）**基于培养的微生物学分析**：通过平板计数法测定土壤中总嗜中温细菌（TMB）、总嗜中温厌氧细菌（TMaB）和丝状真菌的数量。（2）**不依赖培养的微生物群落分析**：基于16S rRNA基因V3-V4区进行Illumina测序，分析根际和土壤细菌群落组成及多样性。（3）**菌株追踪**：采用随机扩增多态性DNA-PCR（RAPD-PCR）技术，对从土壤中分离的优势菌株进行遗传指纹图谱分析，以鉴别接种的PGPB菌株是否持续存在。（4）**农艺与品质参数测定**：系统评估了植株形态生理指标（茎长、叶数、开花率）、产量构成因素（单果重、果数、总产、早期产量）及果实品质参数（硬度、可溶性固形物含量（SSC）、可滴定酸度（TA）、抗坏血酸（AsA）等）。本研究的田间试验地点为意大利巴勒莫蒙雷阿莱的“Valdibella”农业合作社试验站。

**3. 主要研究结果**

**3.1 土壤微生物学分析（Microbiological analyses of soil）**
通过平板计数法发现，首次接种PGPB后，处理组土壤中TMB和TMaB分别显著增加了约1.8和1.6个对数单位（log CFU g?1 DW），真菌也显著增加。第二次接种后，细菌的刺激效应更为显著（TMB和TMaB分别增加1.0和0.8个对数单位），但真菌数量无显著变化。到作物生长周期结束时，处理组与对照组的微生物丰度趋于一致，表明PGPB的早期刺激效应随时间减弱，根际微生物组表现出自调节的恢复能力。

**3.2 PGPB在土壤中的持续存在（Persistence of PGPB in soil）**
通过RAPD-PCR对123个分离株进行分析，证实接种的8个菌株中，仅有*P. lini* RC-UNIPASAAFM01175在第一次接种后被检测到，而*B. tequilensis* RC-UNIPASAAFM01186和*P. reinekei* RC-UNIPASAAFM01216在作物周期结束时（t2）仍被回收，表明其具有在根际长期持续存在的能力。这反映了根际环境中强烈的竞争压力，而选择出具有生态适应性的菌株是其发挥持续功能的关键。

**3.3 土壤的非培养依赖分析（Culture-independent analysis of topsoil）**
Illumina测序分析显示，PGPB接种引发了根际细菌群落的显著早期重构。接种后，处理组中*Pseudomonas*属的相对丰度急剧上升至13.2%，*Bacillus*属上升至13.8%，而原本占优势的寡营养型类群（如*Rubrobacter*、*Acidobacteria*）丰度下降。到作物周期结束时，群落结构部分恢复，但处理组仍保留较高水平的*Proteobacteria*（如*Pseudomonas*、*Sphingomonas*），表明接种诱导了短期爆发和更长远的群落组成变化。

**3.4 植株生长与果实产量（Plant growth and fruit yield）**
接种PGPB显著促进了冬季甜瓜的营养生长。移栽后20天（DAT），接种植株的主茎长度比对照长21.9%，且此优势持续至40 DAT；接种植株在30 DAT的叶片数多17.7%。接种还加速了生殖发育，30 DAT时85.0%的接种植株已发育出雌花，而对照为67.5%；40 DAT时，80.0%的接种植株已坐果，显著高于对照的70.0%。
在产量方面，接种植株的总产量提高了12.0%（24.08 t ha?1 vs 21.42 t ha?1），其中早期产量（前两次收获）显著提高了27.9%（12.79 t ha?1 vs 10.00 t ha?1），这主要归因于早期果实数量增加了37.6%。平均单果重无显著差异，表明PGPB通过提高早期坐果效率而非改变果实大小来提升产量。

**3.5 果实品质（Fruit quality）**
接种PGPB显著改善了果实品质。果肉硬度增加了15.0%（12.10 N），果皮厚度增加，可食用部分比例提高。果皮颜色变得更亮、更鲜艳。在化学品质方面，可溶性固形物含量（SSC）显著增加至13.7 °Brix，而可滴定酸度（TA）保持稳定，因此SSC/TA比值显著提高，表明果实感官品质更佳。抗坏血酸（AsA）含量在各处理间无显著差异。

**4. 讨论与结论**

**讨论总结**：本研究表明，多菌种PGPB接种对冬季甜瓜的促进作用主要源于早期的根际启动效应，而非依赖于持续的微生物群落高丰度。尽管总微生物数量在后期趋于一致，但*B. tequilensis*和*P. reinekei*等特定菌株的长期持续存在，为持续的营养动员和激素信号调控提供了可能，有助于解释后期果实品质的改善。早期*P. lini*的快速定殖可能促进了营养吸收和信号传导，构建了健壮的植株架构，从而支持更高的坐果率。而长期存活的菌株可能通过影响源-库关系，确保了果实成熟过程中优质物理和化学参数的获得。产量的早熟性对于园艺市场至关重要，而果实硬度和可溶性固形物的提升则直接关系到货架期和消费者接受度。这些发现证实了细菌联合体在可持续有机园艺系统中的实用价值。

**研究结论**：本研究证实，包含*Bacillus*、*Peribacillus*和*Pseudomonas*种的多菌种PGPB接种，能够通过早期根际启动而非持续的微生物优势来有效提升冬季甜瓜的生产力。微生物的短暂刺激和生态适应性菌株（如*B. tequilensis* RC-UNIPASAAFM01186 和 *P. reinekei* RC-UNIPASAAFM01216）在整个作物周期中的选择性持续存在，强调了功能韧性（functional resilience）相较于数量丰度的重要性。农艺效益，特别是产量早熟性的提高和果实品质性状（果肉硬度、可溶性固形物含量）的改善，突显了这种生物刺激素在商业生产（其中时机和采后性能至关重要）中的实用价值。这些发现支持将细菌联合体整合到可持续的有机园艺系统中，并为制定旨在减少投入、同时保持露地条件下产量稳定性和品质标准的生物肥料指南提供了科学依据。未来的研究应探索这种多菌株接种物在常规农业生态系统中的应用，以评估其在减少合成化学投入的同时不损害产量或品质的潜力。

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