铁（Fe）是植物正常生长发育所必需的微量营养元素。根际微生物在植物铁吸收过程中发挥着重要作用，深入解析根际微生物促进植物铁吸收机制，能为微生物强化作物铁营养提供理论支撑。芽孢杆菌生物膜能富集环境中的铁元素，其胞外铁是胞内铁的十倍左右(Qinet al., 2019; Rizziet al., 2020)。芽孢杆菌能在植物根表形成生物膜，进而在根际高效定殖，从而发挥其植物益生功能。然而，芽孢杆菌生物膜是否能在根表原位富集环境中的铁元素，进而促进植物铁吸收仍不清楚。

近日，南京农业大学沈其荣院士团队张瑞福教授课题组在Cell Reports上发表了最新研究成果“Siderophore-mediated iron enrichment in the biofilm matrix enhances plant iron nutrition”。该研究以根际益生贝莱斯芽孢杆菌SQR9为研究对象，通过和南宁汉和生物科技股份有限公司开展合作，联合开发的“菌加富”产品在我国北方新疆、甘肃、山西、河北和辽宁五省展开大范围的大田实验，发现菌株SQR9能显著促进不同作物在碱性土壤中生长，平均增产10%以上（图1）。

图1 贝莱斯芽孢杆菌SQR9在碱性土壤中对不同作物增产显著

深入研究发现，该菌株在根表原位定殖形成生物膜时可以富集铁，作为铁库，促进植物铁吸收。此外，还发现铁载体Bacillibactin在这个过程中发挥着双重作用：生物膜铁富集和激活植物缺铁响应（图2）。本研究强调了根际芽孢杆菌生物膜和铁载体在其促进植物铁吸收过程中的关键作用，为微生物介导的植物铁吸收机制提供了新见解，也为作物铁营养的微生物强化策略提供了新的理论基础。

图2 贝莱斯芽孢杆菌SQR9促进植物铁吸收机制

关于芽孢杆菌SQR9与植物互作的机制，张瑞福课题组之前在《Nature Microbiology》发表文章证明该菌株分泌的YukE蛋白能在菌-植互作早期插入根细胞膜，导致短暂性的根细胞中的铁泄漏，为其启动根表快速定殖提供所需的铁元素，并提出了基于铁营养“先借后还”的新型根际益生菌-植物互作模式。随着本文的发表，进一步完善了这种新型有益菌-植物互作模式，深化了对植物-功能菌有益互作分子机制的理解。

南京农业大学资环院博士生谈泰猛和徐志辉教授为论文共同第一作者，徐志辉教授和沈其荣院士为论文共同通讯作者，张瑞福教授为本研究提供了关键指导，南宁汉和生物科技股份副总经理，农业农村部微生物肥料重点实验室主任余义发和菌剂产品总监骆媛承担了菌株SQR9在北方五省的大范围推广应用。该研究得到国家自然科学基金项目和国家重点研发计划项目的资助。

文章链接：//doi.org/10.1016/j.celrep.2025.116481

参考文献

Qin, Y., He, Y., She, Q., Larese-Casanova, P., Li, P. and Chai, Y. (2019) Heterogeneity in respiratory electron transfer and adaptive iron utilization in a bacterial biofilm.Nat. Commun.10, 3702.

Rizzi, A., Leroux, J., Charron-Lamoureux, V., Roy, S., Beauregard, P.B. and Bellenger, J.P. (2020)Bacillus subtilismodulates its usage of biofilm-bound iron in response to environmental iron availability.Appl. Environ. Microbiol.86, e00944-20.