Journal of Cleaner Production |湖南大学朱咏华教授团队与湖南省林业科学院陈永忠研究员团队合作研究揭示微生物铁载体有效活化土壤磷素，促进植物生长的作用机制

磷是植物生长和生产所必需的元素之一，提高磷肥利用率一直是农业领域和化肥行业的一个研究难点和热点。油茶种植区红壤中有效磷含量低，仅占土壤中总磷含量的10%～20%，这是由于红壤具有强烈的富铁铝化作用，使得大部分磷素被土壤中的铁氧化物吸附固定，成为被植物难以利用的铁结合态磷，进而造成磷肥使用量大、油茶“低产低效”等问题。铁载体是微生物在自然界进化出的为抢夺土壤稀缺铁资源的一个“秘密武器”，目前的研究主要集中在利用铁载体为植物提供铁来促进生长、提高植物抗铁胁迫以及通过竞争铁来抑制病原菌生长等方面。但创新性地利用铁载体与铁的高效螯合，从而促进土壤中铁结合态难溶磷的释放，进一步驱动植物磷素高效吸收利用的研究尚未见报道。

2022年7月11日，湖南大学朱咏华教授团队与湖南省林业科学院陈永忠研究员团队合作在中科院一区TOP期刊Journal of Cleaner Production(IF: 11.072)发表题为“Siderophores, a potential phosphate solubilizer from the endophyteStreptomycessp. CoT10, improved phosphorus mobilization for host plant growth and rhizosphere modulation”的研究论文。该研究首次证实了内生链霉菌CoT10通过产生铁载体来直接介导铁结合态难溶磷的活化效应，揭示了内生菌促进宿主植物生长和磷素高效利用的新的作用机制。此研究成果为调控富铁土壤中磷素的动员与活化提供新的思路，丰富植物磷养分吸收利用调控机制的科学理论，为推动内生放线菌在植物营养领域的广泛应用、开发新型微生物肥料奠定理论基础。

研究者从油茶根部筛选并鉴定得到一株内生链霉菌(Streptomycessp. CoT10)，该菌株能有效活化和溶解不同类型的难溶性磷，其中对磷酸铁的溶解度高达72.49 mg/L。同时发现内生链霉菌CoT10接种油茶后，可有效动员并活化土壤中难溶性磷和铁，促进磷和铁组分的有效转化，进而提高油茶对养分的吸收利用效率，促进宿主植物的生长。此外，研究发现接种内生链霉菌CoT10对油茶的根际细菌群落产生了积极影响，提高了根际土壤微生物的多样性，其中放线菌门、变形菌门和厚壁菌门等优势菌群的相对丰度分别增加了21.32%、7.93%和38.95%。冗余分析、共现网络分析和基因功能预测结果表明，内生链霉菌CoT10可有效改善油茶根际土壤微生物相互作用，平衡土壤微生物与磷、铁相关的功能作用。

图1内生链霉菌CoT10驱动油茶磷素高效利用的作用模式图

图2温室条件下内生链霉菌CoT10对油茶苗木生长的影响

图3链霉菌CoT10对油茶根际土壤微生物磷和铁相关功能基因丰度的影响

湖南大学生物学院博士崔坤鹏、湖南大学—湖南省林业科学院联合培养博士后徐婷和湖南大学环境科学与工程学院硕士陈佳伟为本论文的共同第一作者，湖南大学生物学院朱咏华教授和湖南省林业科学院油茶研究所陈永忠研究员为本论文的共同通讯作者。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、湖南省自然科学基金以及中国博士后科学基金等项目的资助。

湖南大学生物学院朱咏华教授团队长期以植物内生菌为研究对象，分离并筛选具有调控植物生长发育及抗逆能力的功能性内生菌，并研究其与植物互作的分子机制，开发用于生物农药、肥料的微生物资源和高活性代谢产物的生产新途径，主持多项国家自然科学基金和湖南省科技厅重点项目。该团队先后在mBio、Science of the Total Environment、Journal of Agricultural and Food Chemistry、The Crop Journal等权威学术期刊上发表50余篇高水平研究论文，获得国家授权发明专利5项。

此论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2022.133110