《Plant Growth Regulation》：Enhancing wheat productivity and soil revitalization using Bacillus-based bioinoculants in Nutrient-deficient soils
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本研究针对全球农业面临的土壤肥力下降、养分匮乏及耕地资源紧张等挑战，探索了植物根际促生菌（PGPR）作为化学肥料可持续替代方案的潜力。研究人员通过连续两年田间试验，评估了巨大芽孢杆菌（Bacillus megaterium）菌株ZE32和ZR19单独及联合接种对小麦生长、产量及土壤健康的影响。结果显示，联合接种处理（BF3）显著提高了小麦株高、根系生物量、SPAD值及抗氧化酶活性，使籽粒产量和秸秆产量分别提升22%和24%，并有效促进了氮、磷、钾、铁、锌等养分的吸收。主成分分析进一步证实接种处理改善了根际微生物活性和土壤理化性质。该研究为贫瘠土壤条件下小麦可持续生产及土壤生态修复提供了有效的微生物策略，对推动绿色农业发展具有重要意义。
随着全球人口持续增长和耕地资源日益紧张，农业面临着提高粮食产量与保护生态环境的双重压力。长期过量使用化肥虽在短期内提升作物产量，却导致土壤板结、有机质下降、微量元素失衡及地下水污染等问题，进而引发“隐性饥饿”——即人体因食物中矿物质含量不足而出现的营养缺乏症状。在这一背景下，利用植物根际促生菌（Plant Growth-Promoting Rhizobacteria, PGPR）促进作物养分吸收、增强抗逆能力，成为实现农业可持续发展的有效途径之一。其中，巨大芽孢杆菌（Bacillus megaterium）因其具溶磷、释锌、产激素等多种促生功能，且对恶劣土壤环境具有较强的耐受性，受到研究者广泛关注。
为验证巨大芽孢杆菌在实际田间条件下对小麦生长及土壤质量的改善效果，本研究在巴基斯坦巴哈瓦尔布尔大学土壤学系试验田开展连续两季的田间试验。该地区属干旱气候，土壤为贫瘠的砂质壤土，基础养分含量低，极具代表性。研究人员选取当地主栽小麦品种“Johar-2016”，以巨大芽孢杆菌菌株ZE32（BF1）和ZR19（BF2）为材料，设置单独接种与联合接种（BF3）处理，以未接种种子为对照，采用随机区组设计，系统评估菌剂对小麦农艺性状、生理指标、产量构成、籽粒养分含量及土壤微生物和化学特性的影响。
在方法学层面，本研究整合了微生物学、植物生理学与土壤化学等多学科技术。通过种子包衣接种方式将菌剂一次性施入，避免了生育期追加带来的操作复杂性；利用土壤植物分析开发（SPAD）仪测定叶片叶绿素相对含量，反映植株光合能力；采用紫外分光光度法系统检测超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、抗坏血酸过氧化物酶（APX）等抗氧化酶活性，以评估植物的氧化应激响应；通过原子吸收光谱法测定植株和土壤中的铁、锌等微量元素；运用主成分分析（PCA）和相关性热图揭示各处理对土壤理化性质与微生物群落的综合影响。
巨大芽孢杆菌菌株对小麦生长的影响
研究发现，接种处理均能促进小麦株高、根长及干物质积累，其中联合接种BF3效果最为显著。与对照相比，BF3使株高和根长在第一年分别增加18%和13%，第二年仍保持相近增幅。非度量多维尺度分析（nMDS）进一步表明，BF3处理在生长参数上形成独立聚类，说明其具有独特的促生优势。
SPAD值与组织含水量提升
BF3处理显著提高叶片SPAD值，两年分别增加10%和9%，显示其有效增强叶片光合色素含量。同时，植株组织含水量也得到改善，表明菌剂有助于增强作物在干旱条件下的水分保持能力。
生物接种剂提升小麦抗氧化酶活性
联合接种BF3在处理中表现最优，使APX、SOD、POD、CAT等关键抗氧化酶活性显著升高。主成分分析显示，BF3在两年试验中均位于正向分布区，说明其在激活植株抗氧化防御系统中具有持续且稳定的作用。
基于巨大芽孢杆菌的生物接种剂提高小麦产量
BF3处理使单位面积穗数、穗长、穗粒数及千粒重等产量构成因素均得到显著优化。两年中，BF3分别使籽粒产量提高22%和19%，秸秆产量增加24%和20%，体现出优异的生物增产潜力。
巨大芽孢杆菌菌株提升小麦籽粒养分含量
无论是单一还是联合接种，均显著提高了籽粒中氮、磷、钾、铁、锌的含量。BF3处理效果最为突出，例如第一年籽粒磷和锌含量分别提升17%和13%，第二年铁和锌含量增幅达18%和24%，表明其在促进作物营养品质方面具有重要应用价值。
巨大芽孢杆菌菌株改善土壤理化与生物学特性
主成分分析指出，接种处理尤其是BF3能显著提高土壤有机质、速效钾、硝态氮等肥力指标，并促进根际细菌数量及微生物生物量碳、氮含量。第二年各指标的正向响应进一步增强，说明持续接种有助于土壤生态功能的恢复。
相关性分析
细菌数量与土壤养分含量及籽粒矿物质含量呈显著正相关。尤其在第二年，细菌数量与土壤钾、铁、锌及籽粒氮、磷、铁、锌的相关系数接近或达到1.0，凸显根际微生物在养分活化与作物营养强化中的核心作用。
综合讨论与结论指出，巨大芽孢杆菌通过溶磷、释锌、产激素、增强抗氧化能力等多重机制，协同促进小麦生长并改善土壤微环境。联合接种BF3展现出较单一菌株更显著的协同效应，其在提升作物产量、品质及土壤健康方面的综合优势，为贫瘠土壤区小麦绿色生产提供了可靠技术支撑。尽管本研究未进行微生物群落测序及长期效益经济性分析，但其扎实的田间数据为后续微生物肥料研发与大田推广奠定了科学基础。该成果发表于《Plant Growth Regulation》，为推动农业微生物技术在可持续作物生产中的应用提供了重要理论与实践依据。
