浙江
土壤盐渍化正威胁着全球超过20%的耕地，预计到2050年受盐害影响的农田面积将突破半数。植物根际促生菌（PGPB）能够通过诱导抗氧化防御和积累渗透调节物质来增强作物的耐盐性，但大多数PGPB属于非芽孢形成细菌、缺乏天然的休眠结构，在储存和田间施用过程中活菌数呈指数级衰减，这严重限制了菌剂的实际应用效果。近日，南京工业大学徐虹教授、王瑞教授团队联合辽宁省农业科学院白伟研究员团队在《Nature Communications》发表题为“ Bio-inspired core-shell microcapsules enhance plant salinity tolerance by improving stability and survival of non-spore bacteria ”的研究论文。他们受芽孢致密结构的启发，利用海藻酸钠、聚γ-谷氨酸和壳聚糖三种天然高分子构建了APC核壳微胶囊，显著提升了非芽孢菌在室温储存和土壤环境中的存活能力，并在盐碱地大田试验中实现了水稻增产15.78%。
研究团队通过乳化-内部凝胶化方法制备了APC核壳微胶囊，其核心由海藻酸钠与聚γ-谷氨酸构成双网络水凝胶、用于包埋细菌，外壳则通过壳聚糖与核心之间的静电相互作用形成致密包覆层。红外光谱、X射线衍射和X射线光电子能谱分析证实了氨基与羧基之间的静电相互作用以及氢键的形成，验证了核壳结构的成功构建。流变学测试表明壳聚糖外壳的引入显著提高了微胶囊的储能模量，扫描电镜观察则显示APC表面比不含壳聚糖的微胶囊更加致密，而氮气吸附-脱附实验进一步揭示其比表面积和孔容分别下降了60.47%和60.06%。土壤掩埋实验表明APC在28天内的降解率为44.7%，这个适度的降解速率既能为细菌提供持续保护、又不会因降解过慢而限制细菌向土壤环境的释放。
在25℃储存12周后，包埋在APC微胶囊中的NX-11活菌数维持在8.43 log CFU/g，而游离菌和普通海藻酸钠微胶囊包埋的细菌仅分别为2.95和6.65 log CFU/g，APC同样显著提升了另外两种非芽孢菌的储存存活率。蛋白质组学分析揭示APC包埋的细菌中三羧酸循环关键酶（柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶、延胡索酸水合酶）和氧化磷酸化通路蛋白（NADH脱氢酶、琥珀酸脱氢酶、ATP合酶）均出现了显著下调，说明微胶囊通过限制氧气扩散诱导细菌进入了代谢休眠状态。温室实验中接种APC包埋NX-11的水稻幼苗干重较游离菌处理增加了14.61%，同时植株的可溶性蛋白、可溶性糖和脯氨酸含量以及抗氧化酶活性均显著提升，而过氧化氢和丙二醛的积累则明显降低。研究团队在番茄、玉米和生菜上同样观察到了一致的促生效果，并且在盐碱地大田试验中APC包埋NX-11处理的水稻千粒重增加了3.84%、籽粒产量增加了15.78%。
在根际微生物组层面，APC包埋NX-11显著改变了水稻根际细菌群落结构，并特异性富集了Allorhizobium-Neorhizobium-Pararhizobium-Rhizobium、Devosia和Sphingomonas等潜在固氮或促生菌群。通过全长16S rRNA基因序列比对，NX-11仅在APC包埋处理的根际样品中被检测到，而绿色荧光蛋白标记示踪实验和平板计数证实APC包埋使NX-11在水稻根部的定殖丰度较游离菌处理提高了342.32%。在施加盐胁迫的自然土壤中游离NX-11的活菌数从6.87 log CFU/g急剧下降至4.82 log CFU/g，而APC包埋的NX-11则维持了6.76 log CFU/g的高种群密度，这证明微胶囊的核心作用是为细菌提供类似生物膜的防护微环境以抵御土著微生物的竞争抑制，而非直接抵抗盐分本身。
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