研究人员展示了一种利用细菌促进植物生长的新技术

“我们所知的许多有益细菌相当脆弱，这使得将它们纳入可以应用于植物根部或叶子的实用且稳定的产品变得困难，”北卡罗来纳州立大学的一篇论文的共同首席作者、博士生约翰·奇德尔（John Cheadle）表示。“我们在这里展示的技术本质上是稳定这些细菌，使得可以开发针对植物的定制益生菌。”

问题在于促进植物生长的细菌（PGPBs），这些微生物有助于植物的健康和生长，帮助植物从环境中提取养分，并保护它们免受害虫或病原体的侵害。

“利用这些细菌的一个长期挑战是，如果尝试提出一种将它们与农用化学品（如农药或肥料）结合的单一应用，细菌就会死亡，”论文的共同通讯作者、北卡罗来纳州立大学化学与生物分子工程教授萨阿德·汗（Saad Khan）说。“我们想要开发一种解决方案，使细菌能够与已经被种植者广泛使用的化学品结合。”

“同样，健康的植物微生物组使植物能够更好地利用土壤中的养分，并对病原体更具抵抗力，”共同通讯作者、北卡罗来纳州立大学的研究学者塔希拉·皮尔扎达（Tahira Pirzada）说。“这可能使种植者能够在不影响作物生产的情况下减少肥料和农药的使用。”

新技术围绕一种定制的乳液展开，只有少数几种成分。乳液的一部分由含有PGPB的盐水溶液组成。在概念验证演示中，研究人员使用了细菌Pseudomonas simiae和Azospirillum brasilense。P. simiae通过促进病原体抵抗而作为生物农药；A. brasilense通过固氮而作为生物肥料。

乳液的第二部分由生物可降解油和来源于纤维素的生物可降解聚合物组成。该聚合物可以载入农用化学活性成分，这意味着乳液可以在不依赖于环境有害的有机溶剂的情况下结合这些成分，而这些有机溶剂通常用于农药配方中。

当乳液的两个部分混合在一起时，油被打碎成在盐水溶液中分布的液滴。纤维素聚合物粘附在这些液滴的表面，防止液滴重新合并在一起。

本质上，这种乳液就像沙拉酱，油滴在盐水溶液中悬浮。在实际应用中，这将允许同时将PBPG应用于农用化学品，使用相同的乳液。

为了测试乳液的效果，研究人员进行了两个测试。

首先，研究人员比较了PBPG在乳液中的存活率与单独在盐水溶液中的存活率。每种样本在室温下储存。经过四周，乳液中P. simiae的数量比盐水中的数量高出200%；乳液中A. brasilense的数量高出500%。

其次，研究人员想看看当农药与乳液结合时，农药的效果如何。为此，研究人员将农药氟吡甲禾灵（fluopyram）纳入乳液中。他们还单独将氟吡甲禾灵添加到盐水溶液中。然后，研究人员将C. elegans线虫——作为害虫的替代品——引入乳液和盐水溶液中。

“毫不奇怪，盐水中的农药迅速杀死了害虫——所有害虫在一小时内都被击杀，”论文共同首席作者、北卡罗来纳州立大学最近的博士毕业生玛丽亚姆·索海尔（Mariam Sohail）表示。“乳液的效果较渐进，在72小时内杀死了95%的害虫。这一点很重要，因为它表明我们的技术可以战略性地提供对特定害虫或病原体的持续保护。”

“最终，我们发现我们的技术允许我们将多种活性成分纳入单一的递送系统，并使PGPB能够生存和繁荣，”索海尔说。

“我们还展示了当将乳液应用于土壤时，这些细菌的存活率和繁殖成功率得到改善，而与将细菌直接应用于土壤相比，”奇德尔说。

“下一步将涉及温室测试，之后是微型试验块，”汗说。“我们可能希望评估不同的PGPB和其他活性成分，以了解它们在不同目标植物种类中的表现。”

这项工作部分由北卡罗来纳州立大学全球一体化健康学院资助。