摘要：铁是植物光合作用、呼吸作用的核心元素，但在全球约 30% 的土壤中，铁以难溶的氧化物形式存在（如 Fe₂O₃），导致作物缺铁黄化、减产甚至绝收。例如，华北地区的石灰性土壤中，花生因缺铁每年损失高达 20% 产量。传统补铁方法依赖化学肥料，但成本高、易污染环境，
铁是植物光合作用、呼吸作用的核心元素，但在全球约 30% 的土壤中，铁以难溶的氧化物形式存在（如 Fe₂O₃），导致作物缺铁黄化、减产甚至绝收。例如，华北地区的石灰性土壤中，花生因缺铁每年损失高达 20% 产量。传统补铁方法依赖化学肥料，但成本高、易污染环境，且长期使用导致土壤板结。
与此同时，微生物在根际土壤中展开激烈的 “铁争夺战”。病原菌如青枯菌通过窃取铁载体快速增殖，而有益微生物则通过分泌铁载体与植物建立互利关系。这场看不见的资源战争，决定了作物的健康与产量。
铁载体的双刃剑效应：
微生物产生的铁载体既能帮助植物吸收铁，也可能被病原菌 “劫持”。例如，某些芽孢杆菌分泌的铁载体反而促进青枯菌生长，而假单胞菌的铁载体则能有效抑制病原菌。
菌 - 植互作的分子密码：
微生物如何精准调控铁载体的分泌与植物的铁吸收？例如，贝莱斯芽孢杆菌 SQR9 的 VII 型分泌系统如何通过 YukE 蛋白诱导植物铁泄漏，从而实现快速定殖？
铁载体的跨界利用：
植物能否直接利用微生物铁载体？禾本科植物通过合成烟草胺吸收铁，而微生物铁载体的亲和力更强，可能成为植物缺铁环境下的 “救星”。
微生物获取铁元素策略
基因编辑与分子机制解析：
农业微生物资源团队通过敲除贝莱斯芽孢杆菌 SQR9 的 VII 型分泌系统基因，发现 YukE 蛋白插入植物细胞膜导致铁泄漏，验证了 “先借后还” 的互作模式。
南京林业大学利用 LC-MS/MS 技术鉴定 Priestia megaterium ZS-3 的铁载体为异羟肟酸型 Ferrioxamine E，并通过拟南芥实验证实其促进铁吸收的效果。
大规模筛选与田间验证：
沈其荣团队从土壤中分离 2000 + 菌株，发现 95% 的根际细菌产铁载体，并通过 360 种菌株、数千棵番茄的田间试验，验证抑制型铁载体对青枯病的防控效果。
张福锁院士团队通过玉米 / 花生间作实验，发现假单胞菌属 1502IPR-01 通过分泌 pyoverdine 铁载体，使花生鲜重增加 132%，铁含量提升 3.47 倍。
微生物的 “铁策略” 分化：
抑制型铁载体：如假单胞菌的 pyoverdine，通过高亲和力螯合铁，阻止病原菌获取资源，同时为植物提供铁。
便利型铁载体：如某些芽孢杆菌的铁载体，易被青枯菌窃取，反而促进病害传播。
菌 - 植互作的新范式：
贝莱斯芽孢杆菌 SQR9 通过 YukE 蛋白诱导植物短暂铁泄漏，启动根表定殖并形成生物被膜，持续为植物供铁，实现 “借少还多” 的共赢。
ZS-3 铁载体上调植物铁吸收基因 IRT1、FRO 的表达，同时激活叶绿素合成基因，使叶片恢复绿色，光合作用效率提升。
田间应用的突破性进展：
间作模式下，玉米根际的假单胞菌迁移至花生根际，通过铁载体协同作用，使花生铁含量增加 2.6 倍，产量提升 15%。
内生链霉菌 CoT10 的铁载体不仅活化土壤铁结合态磷，还提高油茶根际微生物多样性，促进磷吸收效率。
揭示全新互作模式：
首次发现微生物通过诱导植物铁泄漏实现定殖，颠覆了传统 “单向供铁” 的认知。
铁载体功能分型理论：
提出 “抑制型” 与 “便利型” 铁载体分类，为靶向筛选有益微生物提供理论依据。
构建微生物铁互作网络：
开发协同演化算法，预测铁载体 - 受体的 “钥匙 - 锁” 配对关系，解析病原菌入侵的分子机制。
微生物肥料产业化：
贝莱斯芽孢杆菌 SQR9、假单胞菌 1502IPR-01 等菌株已进入中试阶段，可替代 30% 化学铁肥。
专利菌株毕节假单胞菌 G30（保藏号 62919）兼具产铁载体、溶磷解钾和抗重金属特性，适用于污染土壤修复。
病害防控新策略：
利用抑制型铁载体微生物（如假单胞菌）拌种，可降低青枯病发生率 70% 以上，减少农药使用。
智能农业系统开发：
基于铁互作网络模型，开发微生物群落调控软件，精准预测病原菌入侵风险，实现 “先发制菌”。
铁载体的发现，让我们看到微生物与植物互作的精妙智慧：从分子层面的 “铁泄漏” 信号，到生态网络中的资源博弈，这场跨越界别的合作正在改写农业的未来。随着合成生物学和微生物组技术的突破，或许在不久的将来，我们能通过设计 “超级铁载体” 微生物，让每一寸土地都成为孕育生命的绿色引擎。
参考文献
Choi, G., Bessman, N.J. Iron at the crossroads of host–microbiome interactions in health and disease. Nat Microbiol10, 1282–1293 (2025). https://doi.org/10.1038/s41564-025-02001-y
来源：农科最前线一点号
