水生植物根际微生物组：一种新型的植物生长促进细菌库，可提升无土栽培条件下生菜（Lactuca sativa L.）的生长和营养价值

《World Journal of Microbiology and Biotechnology》：Hydrophyte root microbiome: a novel reservoir of plant growth-promoting bacteria for enhancing lettuce (Lactuca sativa L.) growth and nutritional quality under soilless cultivation

　　

摘要

无土栽培是现代保护性农业的重要组成部分；然而，无土环境中通常缺乏自然土壤中支持植物健康的有益微生物群落。本研究探索了水生植物根际微生物组作为环保且新颖的植物生长促进菌（PGPB）来源，以在无土系统中构建有益的微生物群落。研究了与Eichhornia crassipes、Pistia stratiotes和Alternanthera philoxeroides根部相关的细菌，这些细菌具有植物生长促进特性，并在椰壳纤维基质的无土培养基和塑料温室条件下，对莴苣（Lactuca sativa L. cv. ‘Lolo Red’）的生长促进潜力进行了评估。与水生植物根际相关的根瘤菌表现出多种植物生长促进功能，包括养分溶解和植物激素的产生，这些功能与陆生植物根瘤菌所具有的功能相似。在土壤和无土栽培条件下，接种了水生植物根瘤菌的莴苣作物在发芽率、植株生物量、根系结构、光合色素以及叶片品质指标（包括总可溶性固形物TSS、总酚类化合物、维生素C、花青素、抗氧化酶活性、DPPH（2,2-二苯基-1-吡啶肼）自由基清除能力和FRAP（铁还原抗氧化能力）等方面均表现显著提升。其中两种细菌菌株Bacillus aerius Aq35和Pseudomonas protegens Aq45的表现尤为突出：在无土栽培条件下，Aq35使根系鲜重增加了90.0%，根系表面积增加了83.5%；同时Aq35和Aq45分别使莴苣产量提高了39.62%和28.70%。细菌接种显著增强了土壤和植物中的大量元素（N、P和K）及微量元素（Fe、Mn、Zn和Cu）的利用率，并显著提高了酶活性和微生物生物量碳（MBC）。在无土培养基中，脱氢酶活性从43.40 μg TPF g?1 day?1升高至64.65 μg TPF g?1 day?1，而碱性磷酸酶活性从261.53 μg PNP g?1h?1升高至380.87 μg PNP g?1h?1（Aq35处理组相对于未接种组），表明培养基的生物质量得到了提升。这些结果表明，水生植物作为富含高效植物生长促进菌的天然储存库，以及像B. aerius Aq35和P. protegens Aq45这样的菌株，在可持续无土农业中具有巨大的生物刺激潜力。