壳聚糖水凝胶微球！促进植物生长，抑制铬吸收-北京永康乐业科技发展有限公司

铬污染会导致农作物减产并威胁粮食安全。消除土壤铬污染或提高作物对铬的抗性在成本、环境和生物多样性风险方面具有挑战性。

近期，四川师范大学研究团队联合中国科学院生态环境研究中心，通过构建壳聚糖-枯草芽孢杆菌复合体系，系统阐明了该技术在铬污染土壤修复中的协同增效机制。研究发现，负载功能菌的壳聚糖微球不仅通过物理吸附降低土壤Cr⁶⁺生物有效性，还能激活植物抗逆通路并重塑根际益生菌群，最终实现作物生物量提升与铬吸收抑制的双重目标。相关研究以“Chitosan hydrogel microspheres loaded with Bacillus subtilis promote plant growth and reduce chromium uptake”为题目，发表在期刊《International Journal of Biological Macromolecules》上。

本文要点：

1、针对传统修复方法成本高、破坏生态平衡的问题，本研究开发了负载枯草芽孢杆菌的壳聚糖水凝胶微球（CrB处理），用于缓解铬胁迫对植物的影响。

2、实验表明，在40 mg/kg Cr⁶⁺污染土壤中，CrB处理使生菜地上部生物量增加88%，地下部增加47%，植物铬浓度降低17%，土壤Cr⁶⁺含量减少12%。

3、壳聚糖通过吸附固定铬离子，降低其生物有效性，而枯草芽孢杆菌分泌壳聚糖酶将壳聚糖降解为壳寡糖，诱导植物抗氧化酶活性并促进营养吸收。

4、CrB处理显著改变了土壤微生物群落结构，提升了变形菌门、放线菌门等抗逆功能菌丰度，并强化了微生物间的互作网络（节点数从145增至251，边数从323增至1111）。

5、该技术通过调节根际微生物功能，降低铬生物有效性，为重金属污染土壤修复与农业可持续发展提供了新策略。

载有枯草芽孢杆菌的壳聚糖水凝胶微球的工作机制如下：

1、重金属吸附与钝化
壳聚糖通过其氨基基团的质子化作用吸附土壤中的Cr⁶⁺，降低其生物有效性。同时，枯草芽孢杆菌通过分泌胞外聚合物和还原酶，将毒性较高的Cr⁶⁺还原为Cr³⁺，进一步减少植物对铬的吸收。

2、微生物保护与缓释
壳聚糖微球作为载体，保护枯草芽孢杆菌孢子免受土壤中土著微生物的竞争和壳聚糖自身的抑菌作用。微球通过物理缠结形成多孔结构，逐步释放细菌，延长其存活时间并促进定殖（SEM图像显示细菌均匀附着于微球表面）。

3、促进植物生长与抗逆性

枯草芽孢杆菌分泌几丁质酶降解壳聚糖为壳寡糖，后者可刺激植物生长激素（如IAA）的合成，促进根系发育和养分吸收。
细菌通过分泌ACC脱氨酶、铁载体等物质缓解植物氧化应激，增强抗氧化酶活性（如CAT、POD），提升植物对铬胁迫的耐受性。

4、改善土壤微生态

壳寡糖和枯草芽孢杆菌的协同作用重塑土壤微生物群落，显著增加变形菌门（Proteobacteria）、放线菌门（Actinobacteria）等耐重金属功能菌的丰度（LEfSe分析显示CrB处理组标志性菌群增多）。
微生物共生网络复杂度提升（节点数从145增至251，边数从323增至1111），增强群落稳定性与功能协作，促进有机质分解和养分循环（土壤有机质含量变化与植物磷吸收显著相关）。

5、土壤理化性质调控
微球处理提高土壤pH（尤其在40 mg/kg Cr⁶⁺污染下），抑制Cr⁶⁺的活化，同时减少硝酸盐氮（NO₃^--N）和速效磷（AP）的流失，优化植物生长环境。

综上，该技术通过“吸附-还原-促生-微生态调控”多途径协同，实现铬污染土壤修复与作物增产的双重目标。