R

文章亮点：

1、PGPB接种对作物生长和重金属积累的总体效应和决定因素的全球性meta分析。

2、接种PGPB使污染土壤中HMs的生物利用度降低了10.5 %。

3、土壤有机质和施肥是影响PGPB接种效率的重要驱动因素。

4、变形菌门是HMs污染土壤中触发作物防御机制的关键类群。

背景介绍：重金属（HMs）污染被认为是土壤污染的主要来源，不仅会破坏农田土壤环境，还会对作物产生毒性作用。植物生长促生菌（PGPB）作为生物肥料在缓解作物重金属胁迫方面有巨大潜力，并引起了广泛的关注。然而，PGPB对重金属污染的修复效果，以及影响其效果的关键因子和土壤-作物体系中微生物植物互作机制尚不明确。因此，对2022年6月之前发表的150篇相关研究进行了全球meta分析以调查在HMs污染的土壤中，作物生长对PGPB接种的响应。同时做出以下假设：(1) PGPB对作物生长产生积极影响，有效缓解重金属胁迫，(2) 作物对PGPB的响应受到SOM以及气候条件的调控，最后(3)作物的生长性能在PGPB门水平分类组会有显著的差异。研究结果对于掌握PGPB的益处及其未来在增强作物抗重金属能力方面的应用至关重要。

研究结果：

1、PGPB缓解了作物的重金属胁迫: 接种PGPB对作物生长有积极影响，其地上部和地下部生物量分别显著增加33%和35%（图1）。籽粒生物量增加了20%（图2），表明PGPB有提高重金属污染土壤中作物产量的潜力。并且，接种PGPB降低了作物重金属积累，地上部重金属积累量减少了16%，地下部减少了8.8%（图1），籽粒减少37%（图2）。

此外，作物光合色素含量、抗氧化酶活性、养分吸收量均显著提高，而表示氧化损伤的MDA、H2O2含量显著下降（图3）。

2、土壤有机质（SOM）和施肥是影响PGPB接种效率的关键因素： 作物中重金属的积累与土壤性质和外部环境条件有很大关系，在不同的土壤pH、种植温度和湿度条件下，作物中重金属的积累变化很大（图4）。其中PGPB接种效率主要由SOM含量和土壤是否施肥决定（图5）。

3、变形菌门是HMs污染土壤中触发作物防御机制的关键类群： 大多数PGPB可以增加作物生物量，但只有变形菌门（Proteobacteria）对重金属积累有良好的抑制作用，它可以提供两方面的效益。

结论： PGPB不仅能促进作物生长，还能有效降低其对HMs的积累。接种PGPB可通过调节植株生理代谢活动和诱导植株对HMs的抗性等多种机制抑制HMs的迁移和转运。PGPB效应与土壤有机质和肥料含量呈正相关。变形菌门细菌在所有微生物类群中表现出最强的适应性和最高的效率。本研究为通过根际接种PGPB缓解作物HMs胁迫提供了依据，为PGPB作为生物肥料应用于农业安全生产中降低作物HMs含量指明了方向。

研究展望： 第一，目前90% 以上的研究都通过盆栽实验研究PGPB抑制和控制农田土壤中重金属的转移。一些模拟的 HMs 污染土壤中重金属的稳定性与原位土壤中重金属的稳定性差异较大，可能无法准确反映 PGPB 接种的实际效果。要研究 PGPB 接种对 HMs 污染土壤中作物生长的实际影响，必须优先进行田间试验。第二，微生物的共生模式和相互作用调节了微生物群落的结构，并最终影响其生态系统功能。然而，由于缺乏这些关于作物根际微生物群落变化的信息，限制了我们对PGPB接种后通过微生物特征（如微生物功能群、基因和酶活性）诱导HMs抗性的机制的理解。因此，加强对作物根际微生物群落对PGPB接种响应的研究是关键。第三，土壤养分条件可能会改变或掩盖细菌定植对根际响应的影响。但是，包括土壤特性、微生物生物量和酶活性这些相关数据的研究非常有限，阻碍了研究比较这些因素的相对重要性的能力。为了解决这一差距，未来的研究还应关注基于接种PGPB的土壤养分有效性和作物根系细菌定植对根际效应的相互作用。

本文第一作者为西北农林科技大学水土保持科学与工程学院在读硕士白晓晗，通讯作者为方临川研究员。该研究得到国家自然科学基金（U21A20237）、浙江省自然科学基金（LTGS23B070003）的资助。

论文链接: https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2024.134370