“种一亩沙地玉米,收成还不够喂鸡。”马来西亚丁加奴州的农民哈桑望着龟裂的田埂叹气。这片被称作BRIS的沙质土壤,含沙量超90%,种庄稼就像在沙滩上养鱼。但一项最新研究带来转机:科学家从当地相思树的根际土壤中,揪出三株“超级细菌”,让玉米亩产飙升27%。马来西亚苏丹再纳阿比丁大学团队在《Frontiers of Agricultural Science and Engineering》发布论文,为全球5.7亿公顷沙质土壤解锁了“生物肥料密码”。
“植物奶爸”的十八般武艺:固氮、溶磷、分泌生长素
研究团队在三个典型BRIS土壤区采集样本,通过“饥饿筛选法”逼出潜力菌株——将土壤浸泡在无氮培养液中,只有能自主固氮(将空气中的氮转化为植物养分)的细菌才能存活。经过5轮严苛筛选,24株候选菌中脱颖而出的UA1、UA6、UAA2三株菌,被证实具备“植物奶爸”的全套技能:
- Paraburkholderia unamae(UA1):固氮能力最强,每小时生产17.1纳摩尔乙烯,相当于给每株玉米多开一个“氮肥小灶”
- Bacillus amyloliquefaciens(UA6):溶磷高手,12天将培养基pH从5.9降到5.6,释放54.4微克/毫升磷元素
- Enterobacter asburiae(UAA2):分泌植物生长素(IAA)达9.9微克/毫升,相当于给根系注射“膨大剂”
“这三种菌就像植物营养界的‘复仇者联盟’。”论文通讯作者解释。实验显示,混合菌株的协同效应惊人:固氮效率提升24%,溶磷量比单菌高出20%,分泌的铁载体(帮助植物吸收铁元素)更是暴涨43%。更关键的是,它们能在5%糖蜜+2%硝酸钾的廉价培养基中快速繁殖,为工业化生产铺平道路。
从实验室到农田:玉米株高暴涨15%
在70天的田间试验中,接种混合菌株的玉米上演“逆袭剧本”:出苗时间从11天缩至7.9天,抽穗提前6天,成熟期却延长15天,让灌浆时间更充分。最终亩产达3.17吨,比未接种组提高27%,相当于每亩多收680斤玉米。
“这些细菌像开了‘植物语音包’。”研究者形象比喻。UA6分泌的生长素刺激根系发育,使玉米吸水能力提升30%;UA1的固氮作用替代了20%的化肥需求;而UAA2分泌的铁载体,则像“营养快递员”把土壤中的铁元素打包送给植株。显微镜下可见,菌群在根毛表面形成“生物膜防护罩”,将病原菌隔绝在外。
“沙地奇迹”的AB面:温度超过40℃就“罢工”
尽管数据亮眼,研究揭露了“超级菌”的软肋:在实验室42℃环境下,菌群活性下降60%。这对年均温28-36℃的热带地区而言,如同埋着“气候地雷”。更棘手的是,混合菌剂保质期仅3个月,冷链运输成本占售价的35%,制约了偏远地区推广。
“这不是简单的菌剂喷洒,而是土壤生态的重构。”团队坦言。目前该技术正在东南亚10个沙质土壤区试点,计划通过“菌肥套餐”(含有机质载体+缓释营养包)提升环境适应性。若未来能攻克耐高温基因编辑,沙地农业或迎来颠覆性变革。
来源: 农业科学与工程前沿