登上Cell子刊封面：南京农业大学沈其荣院士揭示根际细菌促进作物铁吸收的机制|南京农业大学|基因改造细菌|微生物|根际|植物|沈其荣

撰文丨王聪

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

现代农业面临的最大挑战之一是——如何利用有限的土地资源持续养活快速增长的人口。全球约 30% 的耕地为石灰性土壤，其特点是 pH 值高、重碳酸盐含量高。在这些土壤中，作物常常出现叶黄化现象，产量和质量下降，原因是铁（Fe）的生物利用度差。此外，作物缺铁会降低膳食铁的摄入量，导致贫血、疲劳、不良妊娠结局以及儿童认知发育受损。因此，缺铁是全球最常见的微量营养素缺乏症之一，影响着超过 20 亿人。

为解决食物中铁元素可能缺乏的问题，人们采取了诸如食物补充、农艺措施、常规育种以及转基因手段等策略来缓解营养不良状况。然而，这些方法各具局限性，包括成本高昂、环境污染、实施周期长以及公众接受度低等。越来越多的证据表明，微生物生物强化为提高植物中铁的可利用度提供了一种经济高效且环境可持续的策略。

近日，南京农业大学沈其荣院士、徐志辉教授团队（谈泰猛、徐志辉为论文共同第一作者，徐志辉为论文共同通讯作者）在 Cell 子刊Cell Reports上发表了题为：Siderophore-mediated iron enrichment in the biofilm matrix enhances plant iron nutrition 的研究论文，该研究还被选为当期封面论文。

该研究首次将细菌的铁载体合成与生物膜形成这两个促生机制联系起来，揭示了它们协同促进植物铁吸收的新机制。更重要的是，大规模田间试验证实，根际细菌贝莱斯芽孢杆菌SQR9菌株能够显著促进不同作物在碱性土壤中生长，提高作物产量（平均增产 10% 以上），从而为微生物肥料研发提供了重要的理论依据。

该研究揭示了根际细菌贝莱斯芽孢杆菌 SQR9 菌株中细菌铁载体产生与生物膜形成特性之间的强耦合关系，这种耦合作用增强了植物对铁元素的吸收。该研究还强调了该机制在铁限制条件下改善植物生长性能的潜力。封面图片描绘了蓝色的细菌“矿工”在植物根际周围工作的场景，将不溶性铁（红色表示）转化为生物可利用形态（金色表示），象征微生物促进农作物铁元素获取的过程。

植物有益微生物经常被报道能够改善植物的铁营养状况，但其确切的作用机制至今仍不甚明确。尽管细菌铁载体的产生和生物膜的形成都有助于促进植物生长，但以往对这两个特性都是分开研究的。

在这项新研究中，研究团队通过利用具有生物膜形成能力的根际细菌贝莱斯芽孢杆菌SQR9菌株，揭示了细菌的铁载体产生和生物膜形成这两种特性在增强植物铁吸收方面的强耦合关系。

该研究证明了 SQR9 的生物膜能在植物根部富集铁元素，起到铁储备库的作用。关键在于，铁载体 Bacillibactin 既能促使生物膜从环境中富集铁，又能同时刺激植物的铁吸收机制。大规模田间试验证实，SQR9 在碱性土壤中能够促进作物生长，提高作物产量（平均增产 10% 以上），凸显了其在改善铁限制条件下植物生长表现的潜力。

该研究的核心发现：