《Bioresource Technology Reports》：Penicillium oxalicum mediated phosphate solubilization as a Bio-stimulant approach enhancing barley growth
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大麦根系土壤中分离出高效磷溶真菌Penicillium oxalicum（BLF-7），其酸磷脂酶活性（13.18±0.51 μM/min/mL）和溶磷指数（1.9±0.02）显著优于其他菌株，协同磷酸三钙使大麦株高、生物量和叶绿素含量分别提升20%、增强土壤磷有效性，证实其作为可持续生物肥料的潜力。
Hitakshi Asnani | Preeti Yadav | Yatika Dixit | Arun Kumar Sharma | Mansi Kansal
印度拉贾斯坦邦Banasthali Vidyapith生物科学与生物技术系
摘要
磷酸盐溶解微生物（PSMs）通过将不溶性磷酸盐转化为可溶性形式来增强植物对磷的吸收。本研究使用Pikovskaya琼脂培养基从拉贾斯坦邦Tonk地区的大麦根际土壤中分离并评估了PSMs。共有6种细菌和6种真菌菌株表现出磷酸盐溶解能力，其中Penicillium oxalicum（分离株BLF-7）的效率最高。Penicillium oxalicum的磷酸盐溶解指数最高（1.9 ± 0.02），效率为49.42% ± 0.99%。后续研究表明，在培养第10天时，P. oxalicum产生的可溶性磷酸盐浓度最高（1147.93 ± 2.43 mg/L），并在第11天表现出酸性磷酸酶活性（13.18 ± 0.51 μM/min/mL）。此外，它在3天内产生了吲哚-3-乙酸（3.36 μg/mL），促进了植物生长。盆栽实验表明，使用P. oxalicum和三钙磷酸盐处理的植物高度增加了20%，根和茎的生物量显著改善，叶绿素含量也增加了20%。这些发现强调了P. oxalicum作为磷酸盐溶解剂和植物生长促进剂的双重作用，证实了其作为可持续生物肥料的潜力。
引言
磷（P）在植物生长发育中起着关键作用，约占植物干物质的0.2%（Alori等人，2017年）。继氮之后，磷是最限制植物生长的常见矿物质营养素（Azziz等人，2012年）。磷对植物几乎所有的初级代谢过程都至关重要，包括呼吸作用、能量传递、光合作用、信号传导以及大分子的合成（Wang等人，2018年）。尽管土壤中通常含有0.05%（重量百分比）的磷，但只有0.1%的磷被植物利用（Khatoon和Khan，2020年）。土壤中的大部分无机磷以不溶性矿物复合物的形式存在（铁、铝和钙的磷酸盐），其中一些会在反复施用化学肥料后释放出来（Gyaneshwar等人，2002年；Shafi等人，2020年）。植物无法吸收这些不溶性的磷酸盐沉淀物（Rengel和Marschner，2005年）。土壤中另一部分固定的磷（20-80%）来自有机物质（Gyaneshwar等人，2002年）。
许多土壤微生物能够溶解磷酸盐矿物，这类微生物被称为磷酸盐溶解微生物（PSMs），它们通过交换反应、螯合作用和酸化作用使磷可供植物利用（Rawat等人，2021年）。PSMs已被广泛研究作为传统磷酸盐肥料的替代品（Adnan等人，2019年）。这些有益的土壤微生物为农民提供了一种农业自然方法，以改善土壤健康、减少对无机肥料的依赖，并提高农业生产力（Janati等人，2021年）。
已在植物根际分离出许多PSMs；然而，它们的数量通常不足以显著溶解土壤中的磷酸盐（Arcand和Schneider，2006年）。这些PSMs通过释放低分子量有机酸来溶解矿物磷酸盐（Arias等人，2023年），这些有机酸通过作用于磷酸盐的羟基和羧基将其螯合为可溶性形式（de Souza等人，2015年）。一些PSMs的属包括Bacillus属、Streptomyces属、Pseudomonas属、Penicillium属、Aspergillus属和Trichoderma属（Wang等人，2023年）。这些微生物可以使用Pikovskaya琼脂培养基或含有三钙磷酸盐的NBRIP培养基（国家植物研究所磷酸盐培养基）进行分离和筛选（Nautiyal，1999年；Pikovskaya，1948年）。
研究表明，土壤中的真菌比细菌更容易在土壤中移动，可能在溶解无机磷酸盐方面发挥更重要的作用。这主要是因为真菌通常会产生和释放更多的酸，如葡萄糖酸、柠檬酸、乳酸、2-酮葡萄糖酸、乙酸和草酸（Sharma等人，2013年）。在琼脂和液体培养基上，真菌在溶解磷酸盐方面优于其他PSMs（Kucey，1983年）。磷酸盐溶解真菌具有分泌胞外酶的能力，包括多种磷酸酶。这些酶在将有机磷转化为无机磷的过程中起着关键作用，从而使植物能够吸收磷。PSMs产生的最常见磷酸酶是磷酸单酯酶（也称为磷酸酶，Emami-Karvani和Chitsaz-Esfahani，2021年）。根据其最适pH值，磷酸酶可分为酸性磷酸酶和碱性磷酸酶。许多比色测定方法，例如
-硝基苯基磷酸盐（pNPP）测定法，被广泛用于测量磷酸酶活性。
根据de Souza等人（2015年）的研究，这些PSMs在提高土壤肥力和促进植物生长方面具有巨大潜力。许多研究者通过盆栽实验表明，添加PSMs可以增加植物生长和磷的吸收（Omar，1997年；Vassilev等人，2006年）。参与磷酸盐代谢的微生物能显著协同促进作物的生长和发育（Tallapragada和Gudimi，2011年）。
大麦的学名为Hordeum vulgare L，是人类最早种植的作物之一，如今已成为农业中最重要的谷物之一（Sharma和Gujral，2010年）。在作物上应用PSMs可以大大提高磷的可用性，从而可能改善其生长、产量和营养价值，鉴于大麦在印度及其他地区的农业、粮食安全和经济中的重要性，这一点尤为重要。此外，PSMs还可以促进新型高效生物工艺的发展，用于持续生产其他生物基产品（Osanai等人，2015年）和生物燃料（Dixit等人，2023年）。
本研究重点是从印度拉贾斯坦邦Tonk地区的大麦农场收集的根际土壤中分离和鉴定有效的磷酸盐溶解微生物。研究结果突出了这些微生物对其环境的适应性及其在磷酸盐溶解中的作用。此外，还通过盆栽实验评估了这些分离株作为印度主要谷物大麦的生物肥料的潜力。
意义声明：本研究确定P. oxalicum（最初暂命名为BLF-7）是一种高效的磷酸盐溶解微生物，其可溶性磷酸盐产量最高，IAA水平也显著，这促进了盆栽实验中大麦的生长。美国食品药品监督管理局（FDA）报告称Penicillium oxalicum被认定为一般认为安全（GRAS），表明其在农业用途中具有较低的生物安全性风险。这项研究强调了P. oxalicum在磷酸盐溶解和促进植物生长方面的双重功能。
样本收集和定性筛选
土壤样本来自拉贾斯坦邦的Tonk地区。本研究选择了大麦（BL）作物田的土壤（Bhati等人，2023a）。小心地将植物拔出，收集根际土壤，放入无菌塑料袋中，并在4°C下保存。制备了稀释度高达10?6的系列稀释液，并分别接种在营养琼脂和马铃薯葡萄糖琼脂上用于细菌和真菌的分离（Yadav等人，2024年）。然后将培养板在37°C下培养
PSMs的分离和定性筛选
本研究使用系列稀释琼脂平板法成功从土壤样本中分离出了细菌和真菌。共培养出了11种细菌和9种真菌菌株，体现了土壤的微生物多样性。这些分离株在PVK琼脂培养基上进行了筛选，以评估其磷酸盐溶解能力。菌落周围出现的光环区表明不溶性磷酸盐已被转化为可溶性形式，从而证实了磷酸盐的溶解。
讨论
使用系列稀释琼脂平板技术成功分离出多种微生物菌株，表明该方法在捕捉土壤微生物多样性方面非常有效。这一观察结果与早期研究一致，例如Mehta和Nautiyal（2001年）报告从不同生态地点分离出了215种细菌菌株。类似地，Pande等人（2017年）和Behera等人（2017年）的研究也采用了类似的方法
结论
本研究结果表明，来自根际的天然磷酸盐溶解微生物可用作促进植物生长的接种剂。在所有分离的微生物中，鉴定为P. oxalicum的真菌菌株BLF-7表现出最高的磷酸盐溶解能力，并且具有较高的酸性磷酸酶活性，在控制实验中显著促进了植物生长。P. oxalicum和三钙磷酸盐（TCP）共同作用效果良好，表明这两者之间存在协同效应
CRediT作者贡献声明
Hitakshi Asnani：撰写——原始草稿、方法学、实验设计。Preeti Yadav：撰写——审阅与编辑。Yatika Dixit：数据分析。Arun Kumar Sharma：监督、概念构思。Mansi Kansal：数据分析。
出版同意
不适用。
伦理批准
不适用。
伦理批准和参与同意
不适用。
资金支持
不适用。
利益冲突声明
所有作者声明不存在利益冲突。
致谢
作者感谢Banasthali Vidyapith生物科学与生物技术系提供的必要研究设施，以完成本研究。
