基于生物聚合物的多层胶囊用于保护与控释荧光假单胞菌 T17-4 和维雷沙氏芽孢杆菌 VRU1

改善作物健康的友好微生物

现代农业在很大程度上依赖化肥和农药，这既昂贵又可能对环境有害。一种有吸引力的替代方案是利用有益的土壤细菌，它们像益生菌保护肠道一样，自然地供养并保护植物。本文探讨了一种将此类“好”细菌封装在由食品级材料制成的小型可食用胶囊中的方法，以便它们在田间存活更长时间并在植物根区缓慢释放，从而促进可持续农业。

为什么有益细菌需要保护性庇护

促生长根际细菌是生活在根区附近的微观盟友，能以多种方式帮助作物。此处研究的两株，荧光假单胞菌 T17-4 和维雷沙氏芽孢杆菌 VRU1，能够用酶分解复杂物质、从土壤矿物中释放磷、产生促进根系的植物激素，并产生抑制病原微生物的天然抗生素。在实验室中，这些能力表现明显，但在真实田间环境中，细菌很快因干燥、炎热或寒冷、阳光暴晒以及本地微生物的激烈竞争而衰弱。没有保护，它们的数量迅速下降，带来的益处在作物充分利用之前就已消失。

用厨房风格的原料构建微小护盾

为了解决这一问题，研究者使用安全、天然的材料制造了微小胶囊，这些材料类似于食品中使用的成分。每个胶囊的核心是用海藻提取物藻酸盐和奶蛋白乳清制成的凝胶，内部装载活菌并用空心二氧化硅纳米粒子加固，起到坚固支架的作用。在这一核心外，他们添加了植物基胶层：杏胶，并在更高级的设计中加上一层外皮——果胶，这正是用于增稠果酱的凝胶剂。一种版本有两层（“双层胶囊”），另一种有三层（“多层胶囊”）。这些柔软的壳体旨在在抵御恶劣条件的同时，缓慢允许微生物逐步释放到土壤中。

将胶囊付诸考验

团队比较了两种胶囊设计的效果。借助成像技术，他们发现双层胶囊表面较粗糙、更多孔，而多层胶囊则更光滑、更致密，表明形成了更强的屏障。在统计被包裹的细菌数量时，多层设计保留了超过 90% 的起始细胞，而简单版本在制备过程中损失更多。科研人员还将胶囊浸入模拟土壤湿度的液体中，并在两个月内追踪释放出的细菌数量。双层胶囊在早期释放出一波微生物随后逐渐减少，而多层胶囊起初释放较慢，随后在长期内提供更稳定的供应。

长期存活能力

任何商业化生物肥料的关键问题之一是货架期：产品在储存或放在农场货架上时，细菌能否保持活性？研究者将两种胶囊在室温下保存六个月，然后测定细菌存活率。在双层胶囊中，大约五分之四的细菌仍然存活；而在多层胶囊中，存活率超过十分之九。外层的果胶层能很好地保持水分并形成致密薄膜，这有助于维持温和潮湿的微环境，并阻挡氧气等会使细菌受压或死亡的有害因素。

这对更环保农业的意义

对于非专业读者，核心信息很直接：通过用几层薄的天然涂层包裹有益土壤细菌，我们可以让它们存活更久并更缓慢地释放到植物最需要的根区。本研究中的多层胶囊优于简单壳体：它们捕获更多细菌、在储存期间提供更好的保护，并在更长时间内持续释放，而不是一次性大量释放。如果放大生产并在实际田地中验证，这种温和的包裹方法有望使基于微生物的肥料更可靠、更实用，帮助农民在保持作物健康和高产的同时减少化学投入。

引用: Saberi Riseh, R., Fathi, F. Biopolymer-based multilayer capsules for protection and controlled release of Pseudomonas fluorescens T17-4 and Bacillus velezensis VRU1. Sci Rep 16, 7338 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38691-5

关键词: 生物肥料, 植物益生菌, 微囊化, 可持续农业, 土壤健康