蓝藻及其相关细菌对生物肥料效果的协同作用：一项比较评估

《Symbiosis》：Synergistic effects of cyanobacteria and their associated bacteria on biofertilizer efficacy: a comparative assessment

　　**摘要**
蓝细菌长期以来被认为是有前景的生物肥料，具有显著提高作物产量和改善土壤质量的潜力。这些微生物与细菌形成共生关系，这可以进一步促进它们的生长和生产力。然而，这些关联细菌在生物肥料应用中的具体作用仍然很大程度上未被探索。在这项研究中，我们通过研究与Chroococcidiopsis sp. QUCCCM26、Euhalothece sp. QUCCCM77和Halospirulina sp. QUCCCM155相关的细菌的生物肥料潜力来填补这一空白。相关细菌被鉴定为Alloalcanivorax xenomutans、Bacillus stercoris和Vreelandella piezotolerans。对其促进植物生长（PGP）特性的评估显示，(A) xenomutans和(B) stercoris具有显著的固氮能力和铁载体生产能力。对这三种蓝细菌及其相关细菌的铁螯合能力的量化证实了这两种微生物的这种能力。此外，与蓝细菌的水提取物相比，相关细菌和蓝细菌显示出生产IAA的有趣能力。最后，对番茄种子的体内实验表明，Euhalothece sp. QUCCCM77和Halospira sp. QUCCCM155的生物量和提取物对植物都有显著的促进作用。然而，A. xenomutans QUCCCM26B的表现优于其宿主。总之，蓝细菌的促进植物生长的潜力与蓝细菌生物量、粗提取物和相关细菌之间的相互作用及其协同效应有关，且效果因菌株而异。

**引言**
包括蓝细菌和微藻在内的光合生物因其能够改善植物生长、土壤肥力和果实产量而受到广泛关注，被视为环保的生物肥料（Alvarez等人，2021年；Bello等人，2022年；Saadaoui等人，2019年）。多项研究表明，从蓝细菌培养物和提取物中制备的生物肥料可以有效促进多种作物的生长，包括水稻、洋葱、玉米、甜椒和土豆（Bello等人，2021年；Cordeiro等人，2022年；Dineshkumar等人，2019年，2020年）。此外，蓝细菌通过释放胞外多糖（EPS）来大幅恢复土壤结构，提供有机物，释放氧气，并溶解大量和微量营养素（Ramakrishnan等人，2023年）。蓝细菌还具有众所周知的固定土壤中碳和氮的能力，循环利用营养物质，解毒，并保护植物和土壤健康（Carillo等人，2020年；Quintas-Nunes等人，2023年；Nawaz等人，2025年）。基于蓝细菌的生物肥料因其能够增强植物对抗细菌和真菌感染（如假单胞菌）的免疫能力而得到充分记录（Dewi等人，2018年；Lee等人，2020年）。然而，不同蓝细菌菌株的促进植物生长的特性及其生物刺激机制仍不如其他细菌和微生物那样被充分理解。最近的研究关注了与微藻相关的细菌在促进植物生长方面的潜力（Solomon等人，2023年）。这些藻类共生体不仅刺激藻类生长，还为周围环境和生态过程带来好处（Lian等人，2018年）。多项研究强调了这些细菌在促进植物生长方面的潜力，如固氮、磷酸盐溶解、产生纤维素酶和植物激素以及铁螯合（Solomon等人，2023年；Woo和Pepe，2018年；Nawaz等人，2025年）。藻类和细菌之间的共生关系使它们成为许多生态系统的结构支柱（Kouzuma和Watanabe，2015年）。微藻和细菌之间的互利联盟通过底物交换、细胞间通信和水平基因转移实现（Zhang等人，2020年）。细菌为微藻提供二氧化碳，增强初级代谢产物的产生，并产生促进生长的物质，如植物激素、有机氮和铁载体，从而促进微藻生长（Croft等人，2005年；Palacios等人，2022年）。作为回报，微藻为细菌提供氧气、有机碳来源（通过胞外多糖）和氮（通过蛋白质和氨基酸），从而促进细菌生长（Gonzalez-Gonzalez和de-Bashan，2023年）。这种微生物联盟在农业技术中显示出巨大潜力，能够实现多方向的协同效应，并提高肥料中接种物的存活率（Zayadan等人，2014年），从而显著提高土壤肥力并有助于修复退化土壤。

在当前的研究中，我们旨在评估三种蓝细菌菌株的促进植物生长（PGP）特性，并展示其相关细菌对这些特性的贡献。据我们所知，很少有研究探索蓝细菌共生体的生物刺激潜力。这项工作旨在为这种联盟作为高效生物肥料的潜在应用提供见解。

**材料与方法**
2.1 **蓝细菌菌株和培养**
本研究中使用了属于卡塔尔大学蓝细菌和微藻培养库（QUCCCM）的三种蓝细菌分离株：Chroococcidiopsis sp. QUCCCM26、Euhalothece sp. QUCCCM77和Halospirulina sp. QUCCCM155。这些菌株分别产生藻红蛋白和藻蓝蛋白、异藻蓝蛋白和藻蓝蛋白。每种菌株的一个菌落被接种到10毫升含有40 PSU盐度的BG11生长培养基中，并在30°C的温度下、150 rpm的搅拌速度下以及150 μmol m?2 s?1的光照强度下，使用带灯的震荡器（#76DG08PBBB，Eppendorf，美国）培养12天，光照周期为12小时光照/12小时黑暗。每种培养物逐渐扩大到50毫升（使用250毫升Erlenmeyer烧瓶），然后再扩大到500毫升（使用1升烧瓶）。实验分析使用收获的生物量和水提取物。

2.2 **使用磷酸盐缓冲液制备粗水提取物**
使用10.5克L?1的NaH2PO4和4.4克L?1的Na2HPO4.12H2O制备0.1 M磷酸盐缓冲液（Bounnit等人，2022年）。将30毫升蓝细菌培养物以4500 rpm离心10分钟，丢弃主要含有培养基的上清液。然后向含有生物量的沉淀物中加入30毫升磷酸盐缓冲液并重新悬浮。样品在-80°C下储存24小时，随后在4°C下储存24小时。混合物再次以4500 rpm离心10分钟，收集上清液作为粗提取物。

2.3 **分离蓝细菌共生细菌**
根据Sandhya等人（2017年）描述的方法分离与三种选定的蓝细菌菌株相关的共生细菌。首先过滤健康的蓝细菌培养物，然后将沉淀物与5毫升0.85%的氯化钠（NaCl）混合，并以4500 rpm离心5分钟以收集相关细菌。混合物依次稀释并在改良的嗜盐培养基上接种（Masmoudi等人，2021a）。然后在30°C下培养96小时。培养后，获得的菌落被保存并在-80°C下作为甘油库存以供将来实验使用。

2.4 **细菌菌株鉴定**
使用两个特定的引物通过PCR扩增获得的细菌分离株的16S rRNA基因：正向引物16F27（5′-AGAGTTTGATCCTGGCTCAG-3′）和反向引物1492R（5′-GGTTACCTTGTTACGACTT-3′）（Masmoudi等人，2019年）。PCR按照以下程序循环进行：95°C下3分钟进行初始变性，35个循环，每个循环包括30秒在95°C、30秒在53°C和1分钟30秒在72°C，最后在72°C下延伸4分钟（Masmoudi等人，2024年）。扩增的PCR产物使用PureLink? Quick Gel Extraction Kit（Invitrogen，Thermo Fisher Scientific，Waltham，MA，美国）根据制造商的协议进行纯化。然后使用Nanodrop 2000分光光度计（Thermo Fisher Scientific，Waltham，MA，美国）评估DNA的数量和质量，随后使用Applied Biosystems 3500 Genetic Analyzer（Thermo Fisher Scientific，Waltham，MA，美国）进行测序。通过EzBioCloud 16S数据库进行物种鉴定后，16S rDNA序列被存入Genbank数据库并获得登录号（表1）。

2.5 **评估共生细菌的促进植物生长（PGP）特性**
研究了分离出的共生细菌中的促进植物生长的代谢物和物质。为此，每个细菌菌株的一个菌落被接种到不同的特定琼脂培养基中。使用Pikovskaya琼脂培养基检测磷酸盐溶解能力（Ri 1948），并采用chrome azural-S（CAS）琼脂培养基测试铁载体生产（Alexander和Zuberer 1991）。所有平板在30°C下培养96小时。当菌落周围出现透明区域时，表示结果为阳性。通过将每个细菌菌株的一个菌落接种到无氮琼脂培养基中并在30°C下培养96小时来评估其固氮能力。当在琼脂培养基上观察到细菌生长时，认为该细菌是固氮的（Masmoudi等人，2024年）。所有测量均重复三次。

2.6 **铁螯合能力的量化**
使用Chrome Azurol S（CAS）肉汤培养基（Castellano-Hinojosa等人，2016年）分别评估三种选定的蓝细菌、它们的相应水提取物及其相关细菌菌株的铁螯合能力。首先，蓝细菌菌株在初始OD600为0.7的BG11中生长，相关细菌在初始OD600为0.01的LB肉汤培养基中培养5天。培养上清液和粗提取物与CAS溶液以v:v的比例混合，然后加入10%（v:v）的磺osalicylic acid（0.2 M），并在黑暗中培养20分钟。在630 nm处通过分光光度法测量吸光度。实验重复三次。BG11、磷酸盐缓冲液和LB肉汤培养基分别用作蓝细菌、粗提取物和相关细菌样本的空白对照。铁载体的生产量按以下公式估算（Arora和Verma 2017）：
$$Iron\;chelation\;\%=\;((A_r-As)\;\ast100)/A_r$$
其中A_r = 参照物（CAS溶液和培养基肉汤）的吸光度，A_s = 样本在630 nm处的吸光度。

2.7 **吲哚-3-乙酸（IAA）的生产量化**
蓝细菌菌株在添加了1毫克/mL色氨酸的BG11中生长14天，初始OD为0.7。相关细菌在添加了相同量色氨酸的LB肉汤培养基中培养5天（Masmoudi等人，2021b）。同样量的色氨酸也被加入粗提取物中并在搅拌下培养1小时。从每种培养物生物量、粗提取物和相关细菌培养物中获得的上清液与Salkowski试剂（1v:2v）和两滴正磷酸混合。在黑暗中培养30分钟后，记录530 nm处的吸光度以测量产生的红色强度，表明IAA活性。所有测试重复三次。

2.8 **植物刺激和发芽潜力**
番茄种子（Solanum lycopersicum L. var. Roma VF）使用0.1%（v: v）的商业漂白剂表面消毒5分钟，然后用70%（v: v）乙醇消毒10分钟，最后用无菌蒸馏水洗涤。消毒后的种子分成不同的批次，并在不同溶液中浸泡1小时：(i) 含有10^8个孢子的细菌孢子溶液，(ii) 含有10%（v: v）蓝细菌培养物的无菌蒸馏水，(iii) 含有10%（v: v）蓝细菌提取物的无菌蒸馏水，以及(iv) 仅用无菌蒸馏水作为对照。浸泡后，每组十个种子放在带有滤纸的平板上，并用5毫升无菌蒸馏水灌溉。每种处理重复三次。所有平板均在24°C的黑暗环境中孵育7天。孵育后，测定了发芽率并记录了幼苗的长度。活力指数（VI）根据Zouari等人（2020年）的公式计算得出：
$$活力\;指数=\;\%\;Sg\ast\;SI$$
其中：% Sg表示幼苗发芽率（%）；Sl表示幼苗长度（厘米）。

2.9 统计分析
本研究使用社会科学统计软件包（SPSS）版本11（美国伊利诺伊州芝加哥）进行统计分析。还进行了单因素方差分析（ANOVA），并使用Duncan的多重范围检验方法，显著性水平设为5%（p ≤ 0.05）。这用于确定不同处理之间的显著性差异。

3 结果与讨论
3.1 蓝细菌分离株
由于能够产生各种类型的藻胆蛋白，选择了三种先前描述的蓝细菌分离株用于本研究。如图1所示，Chroococcidiopsis sp. QUCCCM26产生了大量的藻蓝蛋白和藻红蛋白，从而获得了紫色的提取物。相比之下，Halospirulina sp. QUCCCM155和Euhalothece sp. QUCCCM77也表现出有希望的藻胆蛋白生产能力，主要产生藻蓝蛋白和异藻蓝蛋白。通过光谱扫描分析确认了这些藻胆蛋白的性质。选择这些分离株不仅是因为它们的藻胆蛋白生产能力，还因为它们显著的生长特性。具体来说，Chroococcidiopsis QUCCCM26和Halospirulina sp. QUCCCM155的生物量生产率相似，为37 mg L?1 day?1。然而，QUCCCM77的生物量生产率高达45 mg L?1 day?1（Bounnit等人，2022年）。

图1
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对用于生物测定的三种蓝细菌的显微观察。A：Chroococcidiopsis sp. QUCCCM26；B：Euhalothece sp. QUCCCM77；C：Halospirulina sp. QUCCCM155。D、E和F分别表示这些蓝细菌分离株的藻胆蛋白。

在藻胆蛋白生产方面，Euhalothece sp. QUCCCM77表现显著，产生了160 ± 2.6 mg g?1干重的异藻蓝蛋白。与此同时，QUCCCM155仅产生了83 ± 2.6 mg g?1干重的藻蓝蛋白，而Chroococcidiopsis QUCCCM26产生了相似量的藻蓝蛋白和藻红蛋白。图1显示了这些蓝细菌菌株及其相应提取物的显微观察结果。

3.2 细菌的分离与鉴定
使用分子方法分离并鉴定了与蓝细菌共生的细菌。从每种蓝细菌菌株中分离出了独特的细菌物种。分离出了属于Proteobacteria门的两种革兰氏阴性菌和属于Firmicutes门的一种革兰氏阳性菌。从Chroococcidiopsis sp. QUCCCM26中分离出的细菌被鉴定为Alloalcanivorax xenomutans，相似度为99.86%。从Euhalothece sp.蓝细菌菌株中分离出的细菌被鉴定为Bacillus stercoris，相似度为99.93%，而与Halospirulina sp.蓝细菌相关联的细菌与Vreelandella piezotolerans的相似度为99.5%（表1）。

3.3 相关细菌的PGA特性的定性评估
研究了相关细菌菌株表达某些促进植物生长特性的能力，如铁螯合能力（产生铁载体）、磷酸盐溶解能力和固氮能力（图2）。结果表明，QUCCCM26B显示出最高的铁载体活性，其螯合圈为22.23 ± 0.57 mm（p ≤ 0.05）（表2），其次是QUCCCM77B，其抑制圈为18.33 ± 1.52 mm，而QUCCCM155B的活性最低。关于磷酸盐溶解能力，只有QUCCCM26B显示出较小的降解圈，为8.66 ± 0.57 mm。QUCCCM77B和QUCCCM155B没有显示出显著的活性（表2）。此外，两种细菌菌株QUCCCM26B和QUCCCM77B均表现出在无氮培养基中的生长能力，显示出其正的固氮能力，而QUCCCM155B没有生长（图2c）。

3.4 蓝细菌生物量、水提取物及相关细菌的铁螯合能力定量评估
对选定的蓝细菌菌株、其水提取物及相关细菌的铁螯合能力进行了比较分析，发现它们的特征存在显著差异，表明生物活性分子的性质和来源存在变异（图3）。在相关细菌中，Bacillus stercoris QUCCCM77B表现出最高的铁螯合活性（57% ± 0.686），其次是Alloalcanivorax xenomutans QUCCCM26B（35.51% ± 1.61）。相比之下，Chroococcidiopsis sp. QUCCCM26的粗水提取物显示出最高的铁螯合活性（58% ± 0.686），而其他两种蓝细菌的活性约为20%。对于Halospirulina sp.，其生物量表现出最高的活性（34.61% ± 3.5），其相关细菌和粗提取物的活性较低，但也相似，约为22%。这些发现表明铁螯合活性高度依赖于蓝细菌菌株及其相关细菌。在Chroococcidiopsis sp. QUCCCM26中，负责铁螯合能力的生物活性化合物主要存在于粗水提取物中。相比之下，Euhalothece sp. QUCCCM77的铁螯合能力主要归因于其相关细菌。对于Halospirulina sp.，生物量本身是铁螯合能力的主要贡献者。

图3
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蓝细菌生物量、水粗提取物及相关细菌的铁螯合活性量化。A：加入相关细菌上清液后颜色变化的情况；B：铁螯合百分比。26B：(A) xenomutans QUCCCM26B；77B：(B) stercoris QUCCCM77B；155B：V. piezotolerans QUCCCM155B；26C：Chroococcidiopsis sp.；77C：Euhalothece sp. QUCCCM77；155C：Halospirulina sp.；26E：Chroococcidiopsis sp.的粗提取物；77E：Euhalothece sp. QUCCCM77的粗提取物；155C：Halospirulina sp.的粗提取物。误差条表示±SE。根据Duncan的多重范围检验（p ≤ 0.05），相同字母表示均值之间无显著差异。

3.5 蓝细菌生物量、水提取物及相关细菌菌株的IAA生产评估
与铁螯合活性类似，也评估了蓝细菌生物量、粗提取物及相关细菌的IAA生产情况。这三种相关细菌菌株表现出显著的IAA生产能力，浓度超过18 μg mL?1。然而，所有研究的粗提取物中的IAA含量较低（p ≤ 0.05），不超过7 μg mL?1。关于蓝细菌生物量，结果显示Chroococcidiopsis sp. QUCCCM26的IAA生产量超过20 μg mL?1，其次是Halospirulina sp.，为10.57 ± 0.2 μg mL?1（图4）。因此，IAA主要由本研究选定的三种蓝细菌的相关细菌产生。此外，Chroococcidiopsis sp. QUCCCM26表现出较高的IAA生产水平。这三种蓝细菌的藻胆蛋白没有IAA样的特性。

图4
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蓝细菌菌株、水粗提取物及相关细菌中的吲哚-3-乙酸（IAA）生产情况。26B：(A) xenomutans QUCCCM26B；77B：(B) stercoris QUCCCM77B；155B：V. piezotolerans QUCCCM155B；26C：Chroococcidiopsis sp.；77C：Euhalothece sp. QUCCCM77；155C：Halospira sp.；26E：Chroococcidiopsis sp.的粗提取物；77E：Euhalothece sp. QUCCCM77的粗提取物；155C：Halospirulina sp.的粗提取物。误差条表示±SE。根据Duncan的多重范围检验（p ≤ 0.05），相同字母表示均值之间无显著差异。

3.6 蓝细菌生物量、粗提取物及相关细菌菌株对番茄种子的植物刺激效应
结果显示，使用Chroococcidiopsis sp. QUCCCM26的粗提取物处理种子的发芽率最高，为95%，其次是其相关细菌A. xenomutans QUCCCM26B，发芽率也为85%。然而，蓝细菌Chroococcidiopsis sp. QUCCCM26的处理表现出植物毒性效应，发芽率最低，为40%（图5B，与对照组相比p ≤ 0.05）。

图5
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用蓝细菌菌株、粗提取物及相关细菌处理番茄幼苗的植物刺激试验。(a)：处理7天后的番茄幼苗；(b)：种子的发芽率；(c)：幼苗的生长；(d)：幼苗的活力指数；26B：(A) xenomutans QUCCCM26B；77B：(B) stercoris QUCCCM77B；155B：V. piezotolerans QUCCCM155B；26C：Chroococcidiopsis sp.；77C：Euhalothece sp. QUCCCM77；155C：Halospira sp.；26E：Chroococcidiopsis sp.的粗提取物；77E：Euhalothece sp. QUCCCM77的粗提取物；155C：Halospirulina sp.的粗提取物。误差条表示±SE。根据Duncan的多重范围检验（p ≤ 0.05），相同字母表示均值之间无显著差异。

尽管用QUCCCM26B或QUCCCM26E的粗提取物处理的种子的发芽率最高，但幼苗的生长和活力指数与未处理的对照组相似或更低（图5C和D）。此外，蓝细菌菌株Euhalothece sp. QUCCCM77对番茄种子表现出显著的植物刺激效应，平均幼苗生长超过6.5厘米。然而，其相应的粗提取物或相关细菌B. stercoris QUCCCM77在幼苗生长或活力指数方面没有显著改善（p ≤ 0.05，图5C和D）。有趣的是，使用Halospirulina sp. QUCCCM155、其粗提取物或相关细菌V. piezotolerans QUCCCM155B处理的种子平均长度约为6厘米，并且活力指数最高（p ≤ 0.05，图5）。再次证明，植物刺激潜力依赖于菌株/分子，而不是特定的蓝细菌分离株、相关细菌或水提取物。

4 讨论
近年来，由于蓝细菌能够生成多种活性化合物（包括胞外多糖（EPS）、植物激素、多肽、维生素以及抗菌和抗真菌物质（Osman等人，2010年；Rajneesh等人，2017年；Rahman等人，2025年），它们被认为是可持续农业中有前景的微生物。蓝细菌在促进植物生长、最大化养分吸收和减少应力方面发挥着关键作用。此外，它们在植物修复、解决土壤污染和消除重金属方面也表现出卓越的能力（Nawaz等人，2024年）。然而，生物肥料的作用机制仍有待深入探索（Chittora等人，2020年；Kollmen和Strieth，2022年）。尽管蓝细菌菌株与其相关细菌之间的相互作用已有充分记录（Gao等人，2020年），但这些相关细菌在生物肥料应用中的作用及其促进生长的效果尚未得到充分关注。

在这项研究中，从卡塔尔海岸线分离出三种蓝细菌菌株，分别为Chroococcidiopsis sp. QUCCCM26、Euhalothece sp. QUCCCM77和Halospirulina sp. QUCCCM155，选择它们是基于它们的属和代谢产物的差异。这些菌株产生不同的高价值化合物：分别是藻红蛋白、藻蓝蛋白和异藻蓝蛋白。已知Chroococcidiopsis sp.能与植物根部结合，并通过细胞分裂素和IAA的释放来促进植物生长（Hussain和Hasnain，2011年）。Euhalothece sp.产生EPS和渗透保护剂，使其成为促进植物生长的有力候选者（Mogany等人，2018年）。然而，Halospirulina sp.的生物技术潜力尚未得到充分探索，尤其是在农业领域。

研究表明，与蓝细菌相关的细菌群落的多样性取决于宿主物种（Chernikova等人，2020年）。事实上，多项研究表明，同一种宿主可以与不同的细菌属和物种相关联。例如，Vardaka等人（2016年）报道，与Arthrospira相关的异养细菌主要属于五个不同的门：Proteobacteria、Firmicutes、Bacteroidetes、Actinobacteria和Verrucomicrobia（Vardaka等人，2016年）。有趣的是，据我们所知，没有先前的研究一致报道同一种细菌与其他特定的蓝细菌宿主相关联。例如，Chernikova等人（2020年）指出，蓝细菌菌株Chroococcidiopsis sp.主要与微藻Nannochloropsis oculate或Pavlova lutheri相关联。然而，在本研究中，我们发现它也可以与细菌Alloalcanivorax xenomutans相关联。这种海洋细菌通常从海洋沉积物和虾池中分离出来，并且已被记录与微藻和甲藻形成关联（Bolch等人，2017年；Rahul等人，2014年；Zheng和Yu，2024年）。同样，在本研究中，Bacillus stercoris和Vreelandella piezotolerans（以前称为Halomonas piezotolerans，最近被归类为新属Vreelandella（de la Haba等人，2023年）分别与Euhalothece sp.和Halospirulina sp.相关联。然而，这些蓝细菌菌株之前没有特定的细菌关联报道，文献中也没有直接证据表明这些细菌与蓝细菌或微藻有特定关联。现有数据表明，Vreelandella piezotolerans主要从深海沉积物、活化污泥系统和嗜冷海洋环境中分离出来（Bisaccia等人，2023年；Dong等人，2022年；Ling等人，2024年），而Bacillus stercoris则发现于红树林等海洋环境中（Nair等人，2021年；Rath等人，2022年）。

分离出的细菌菌株被评估了它们拥有PGA特性的能力，包括产生铁载体、磷酸盐溶解能力、固氮能力和植物刺激能力。所有研究的菌株均表现出铁螯合活性，但其螯合范围各不相同。其中，(A) 杂交突变株 QUCCCM26B 和 (B) stercoris QUCCCM77B 都具有正的固氮能力，而仅有 QUCCCM26B 显示出中等的磷酸酶活性。这些发现与先前关于这些细菌菌株潜力的报道形成了有趣的对比。例如，尽管 (A) 杂交突变株 QUCCCM26B 在本研究中显示出显著的固氮能力，但一些先前的研究却报告称该物种具有负的硝酸盐和亚硝酸盐还原能力（Chernikova 等人，2020年；Rahul 等人，2014年）。该属的细菌以降解烃类物质而闻名，关于该物种最普遍的信息与其烷烃降解能力相关（Chernikova 等人，2020年）。同样，(B) stercoris 以其抗真菌活性和生物控制特性而著称（Chouaia 和 Dittmer，2024年），以及促进植物生长的特性，如产生吲哚-3-乙酸（IAA）、溶解磷酸盐和氮代谢（Pengproh 等人，2023年；Wang 等人，2021年）。然而，在本研究中，该物种并未显示出任何溶解磷酸盐的能力。第三种菌株 V. piezotolerans 之前的应用有限，主要与其硝化和反硝化能力相关，这些能力可以增加植物和土壤中的氮含量（Dong 等人，2022年）。不过，V. piezotolerans QUCCCM155 似乎无法固氮，尽管其硝化潜力需要进一步研究。这些结果突显了菌株之间在促进植物生长特性上的差异，这可能与多种因素有关，包括菌株来源、环境条件和基因表达。这些发现为这些菌株的潜在应用增添了新的维度，并强调了在农业应用中进行进一步探索的必要性。

分离出的细菌菌株表现出不同的促进植物生长（PGP）特性，支持了我们的假设，即蓝细菌的促进植物生长能力不仅取决于蓝细菌本身，还可能来自相关的细菌和/或蓝细菌产生的高价值产物。为了更深入地探索这一假设，量化并比较了相关细菌、整个蓝细菌培养物及其水提取物中的铁螯合能力和吲哚-3-乙酸（IAA）的产生情况。本研究中记录的铁螯合能力表现出不同的特点。例如，细菌菌株 (A) 杂交突变株 QUCCCM26B 和 (B) stercoris QUCCCM77B 显示出显著的铁螯合潜力，进一步证实了它们在促进植物生长方面的显著潜力。此外，特别是 Chroococcidiopsis sp. QUCCCM26 的水提取物显示出强烈的铁螯合活性，表明这种潜力也存在于蓝细菌产物中。此外，蓝细菌生物量中最高的铁载体活性出现在 Chroococcidiopsis sp. QUCCCM26 和 Halospirulina sp. 中。这些发现表明铁螯合可能有多种来源，不仅与蓝细菌自身的铁载体活性有关，还可能受到相关细菌和/或它们合成的高价值产物（如藻蓝蛋白）的显著影响。

在文献中，蓝细菌中的铁载体产生与两条生物合成途径相关：(i) 非核糖体肽合成酶（NRPS）途径，在超过50%的分析蓝细菌基因组中被发现；(ii) 与 NRPS 无关的铁载体（NIS）合成酶途径，仅在少数物种如 Anabaena 和 Synechococcus 中发现（?rst?l 和 Hohmann-Marriott，2019年）。根据 Shih 等人（2013年）的研究，编码 NRPS 和聚酮合酶（PKS）的基因在蓝细菌中广泛存在，但在最早分支的演化支系中明显缺失。例如，对54种蓝细菌菌株的基因组测序显示，Cyanothece sp. PCC7425、Halothece sp. PCC7418、Spirulina subsalsa PCC9445、Arthropsira petensis NIES-39 和 Arthrospira maxima CS-328 不含有与铁载体产生相关的 NRPS 和 PKS 基因。相反，Chroococcidiopsis thermalis PCC7203 和 Chroococcidiopsis sp. PCC6712 拥有 PKS 和混合 NRPS/PKS 基因，表明它们具有产生铁载体的潜力。此外，藻蓝蛋白（包括藻蓝蛋白、异藻蓝蛋白和藻红蛋白）也被报道具有抗氧化和铁螯合作用（Mysliwa-Kurdziel 和 Solymosi，2017年；Viana Carlos 等人，2021年），这与我们发现的水提取物中特别是 Chroococcidiopsis sp. 显示出的显著铁螯合潜力一致。

对相关细菌培养液上清液、整个蓝细菌培养物及其水提取物中的生长素（IAA）产生的研究得出了不同的结果。三种细菌菌株的培养液上清液中检测到了最高的 IAA 浓度，尤其是 Chroococcidiopsis sp. QUCCCM26 和 Halospirulina sp. QUCCCM155 的生物量中含有特别高的 IAA 水平。虽然一些蓝细菌（包括 Chroococcidiopsis 和 Arthrospira）能合成 IAA，但其生物合成途径仍不明确，需要进一步研究（Lien 等人，2022年；Lin 等人，2022年）。然而，有充分证据表明，与蓝细菌菌株相关的细菌在此过程中起着关键作用，因为生长素对这些微生物的生长和繁殖至关重要。例如，Azospirillum 属细菌与 Chlorella vulgaris 共生时，已被报道通过细菌产生的 IAA 增强了微藻的生长；而与 IAA 缺陷突变体共生的同一种微藻则无法生长和分裂（De-Bashan 等人，2008年）。这种相互作用可能与宿主与其相关细菌之间的复杂信号通路有关（Lin 等人，2022年）。我们的发现支持了铁螯合活性和生长素成分受相关细菌显著影响的假设，突显了这些相互作用的复杂性以及对其特定途径进行进一步研究的迫切需求。

对蓝细菌生物量、其相关细菌及其水提取物对番茄种子的生理刺激效应的体内评估显示，Chroococcidiopsis sp. QUCCCM26 具有植物毒性作用，而蓝细菌菌株 Euhalothece sp. QUCCCM77 和 Halospirulina sp. QUCCCM155 则显著促进了种子的萌发和伸长，优于未经处理的对照组。相关细菌 V. piezotolerans QUCCCM155B 以及 Halospirulina sp. 的水提取物也显示出有希望的生理刺激效果。这些结果的异质性以及蓝细菌生物量 QUCCCM77 和 QUCCCM155 的显著植物刺激潜力，强化了我们之前的观察结果，并支持了蓝细菌的促进植物生长效果显著受其相关细菌菌株影响的假设，这表明菌株间的协同作用在文献中鲜有报道。一些先前的研究表明，蓝细菌作为有效的生物接种剂在促进作物生长和发育（如水稻、小麦和番茄）以及改善土壤质量、结构和肥力方面起着关键作用（Renuka 等人，2018年）。例如，Marks 等人（2019年）证明了蓝细菌和微藻外多糖（如 EPS）在增强土壤微生物活性和稳定土壤团聚体方面的有效性。此外，Lien 等人（2022年）表明，Arthrospira massartii 的提取物成功促进了组织培养姜植物的茎部增殖和生根。有趣的是，除了 Priyatharshini 等人（2019年）的报告外，没有其他研究专门探讨过这三种研究蓝细菌菌株对植物的促进生长效果，他们发现 Anabaena sp. 和 Chroococcidiopsis sp. 的组合显著增加了水稻植物的茎部重量。

尽管大多数先前的研究集中在蓝细菌的促进植物生长（PGP）能力上，但关于分离出的细菌种类与其蓝细菌宿主之间关联的报告仍然有限。一些研究指出，涉及蓝细菌和其他促进植物生长细菌或真菌的联合体作为生物接种剂具有潜力。这些通过底物交换、信号分子和水平基因转移实现的相互作用可以在环境压力下提供适应性优势（Gonzalez-Gonzalez 和 de-Bashan，2023年）。例如，蓝细菌菌株 Nostocaceae sp. SAB-B866 与根瘤菌 Pseudomonas putida BIO175 或 Pantoea cypripedii BIO175 共生时，促进了番茄幼苗的生长并增加了地上生物量和茎粗（Toribio 等人，2022年）。我们的研究是首批提出并探讨蓝细菌相关细菌可能在其宿主中发挥协同作用促进植物生长潜力的研究之一，这为促进生物肥料应用的细菌-蓝细菌关联铺平了道路，从而为更可持续的农业实践铺平了道路。

结论
当前的研究结果表明，蓝细菌的促进植物生长的能力并非其固有特性，而是受到其与相关细菌联合体相互作用的关键影响。在机制层面，这种合作基于功能互补性和代谢互作，其中相关细菌通过铁载体介导的螯合作用增强微量营养素（特别是铁）的获取，从而提高蓝细菌和宿主植物的生物利用度，同时通过直接合成吲哚-3-乙酸（IAA）或诱导蓝细菌中的生物合成途径来影响植物激素动态。此外，这些联合体内的种间信号传递和营养交换可以调节参与固氮、溶解磷酸盐和抗逆性的基因表达，共同放大植物刺激效果。然而，这些相互作用的性质和方向高度依赖于具体物种，这解释了文献中观察到的差异，因为蓝细菌-细菌组合之间的代谢兼容性、信号网络和生态适应性的差异可能导致协同或拮抗的结果。