期刊：Nature Food       

影响因子：23.2

发表时间：2023年10月

本研究介绍了一种名为SynCom的微生物组合，该组合Rhodococcus erythropolis和Pseudomonas aeruginosa两种微生物组成。这两种微生物能够帮助水稻抵抗铝毒害和磷缺乏，提高水稻的产量和抗逆性。

主要研究结果

1 、SynCom抗铝性能评价与开发

从酸性大田生长的南粳46水稻根际分离得到421株分离株，并建立了248株细菌文库，其中Rhodococcus erythropolis和Pseudomonas aeruginosa对铝的抗性最强，通过盆栽试验，发现单接种Rhodococcus erythropolis和Pseudomonas aeruginosa可使水稻地上部和根系生物量分别提高73.8~74.9%和78.7~108.2%。因此，本研究使用这两种菌构建抗铝SynCom。

2 、SynCom促进水稻生长并减轻铝毒性

接种SynCom后，生长期水稻株高和叶片叶绿素含量分别显著提高了4.15%和9.81%，成熟期籽粒产量显著提高26.36%，盆栽试验证实了这种促进作用(图1)。利用16S rRNA-qPCR技术验证，发现Rhodococcus erythropolis和Pseudomonas aeruginosa都能在水稻根际稳定定殖，并在水稻拔节期和抽穗期丰度显著增加。

图1 SynCom对铝毒性酸性胁迫下水稻生产性能有促进作用

3 、SynCom促进根系构型优化

本研究进一步探索了SynCom对水稻生长和产量的提高是否归因于根系发育。发现添加SynCom的水稻在酸性土壤中形成了更长、更细和更浅的根系。研究推测这可能与土壤剖面中Al含量和养分的变化有关，因为根构型的变化，特别是浅根构型的变化，通常被认为是植物缓解胁迫和获取磷的策略。

图2 不同处理条件下接种SynCom对水稻根系构型的影响

4 、SynCom介导的Al毒性降低

为了验证SynCom是否与植物建立了互作关系以及对与植物直接相关的微生物群落的影响，使用DNA-SIP来区分根系分泌物的根际细菌群。PCoA分析表明，接种SynCom后，细菌群落对根源碳的吸收发生显著变化。此外，接种SynCom后，土壤pH明显提高，这可能与更多的磷酸酶分解了Al-P化合物和少量的Al浸出有关。

图3 接种SynCom后土壤化学性质和细菌群落的变化

5 、SynCom促进表层土壤获取磷

本研究进一步确定沿土壤深度剖面的磷形态和组分，发现表层土壤中的有机磷和残留磷被分解或溶解利用。研究还发现将酸性土壤与外源磷均匀混合后，植物根长、根径和根尖数量不再随SynCom变化。

图4 在酸铝胁迫下，SynCom的定殖有助于水稻获取表层土壤中的磷

实验结论

研究证明了SynCom能够显著提高水稻的根系结构和功能，增加水稻对铝和磷的吸收能力，提高水稻的抗逆性。SynCom在土壤酸化和铝毒害方面有非常好的应用前景。

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参考文献

Root microbiota confers rice resistance to aluminium toxicity and phosphorus deficiency in acidic soils.nature food,2023.

原文链接

Doi.org/10.1038/s43016-023-00848-0