火星类硫酸镁浓度下的大豆生长与根瘤形成

殖民火星需要建立利用当地资源的可持续食物生产系统。然而，火星风化层为植物栽培带来了重大挑战。本研究考察了大豆（Glycine max (L.) Merr.）是否能够在高保真度火星风化层模拟物 MGS-1 中生长，并与日本根瘤菌（Bradyrhizobium japonicum）形成共生根瘤。与在沙土中生长的植株相比，在 MGS-1∶蛭石混合基质（1∶2）中生长并补充营养液的大豆植株更矮小、叶片数更少，且生物量积累更低。更为重要的是，尽管沙土对照植株成功形成了根瘤，MGS-1 中却未发生根瘤形成。为确定抑制根瘤形成的因素，我们测试了 MGS-1 中主要盐分 MgSO₄ 的递增浓度（50–150 mM）以及渗透胁迫（300 mM 甘露醇）的影响。尽管两种处理均导致根瘤数量减少，但在所有 MgSO₄ 浓度下以及渗透胁迫条件下，根瘤形成仍然存在，表明这两个因素均无法完全解释 MGS-1 中根瘤缺失的现象。MgSO₄ 胁迫下地上部与根部干重比升高，而甘露醇处理下该比值降低，说明植物对这两种胁迫表现出不同的响应模式。我们的研究结果表明，在补充营养物质并添加额外基质以改善 MGS-1 的紧实度和孔隙度的条件下，大豆能够在 MGS-1 中存活。然而，在 MGS-1 中生长的大豆表现出严重的发育限制，且生物固氮作用受到完全抑制。克服这些限制需要采取措施缓解盐度、碱度和物理压实问题，同时构建适用于火星可持续农业的共生条件。

火星殖民需要建立利用当地资源的可持续食物生产系统。然而，火星风化层给植物栽培带来了重大挑战。我们研究了大豆（Glycine max (L.) Merr.）能否在高仿真火星风化层模拟物 MGS-1 中生长，并与日本根瘤菌（Bradyrhizobium japonicum）形成共生根瘤。与在砂中生长的植株相比，在 MGS-1∶蛭石混合基质（1∶2）中生长并补充营养液的大豆植株更矮小、叶片数更少，且生物量积累较低。更为重要的是，尽管砂培对照植株成功形成了根瘤，MGS-1 中却未发生根瘤化。为确定抑制根瘤形成的因素，我们测试了 MGS-1 中主要盐分之一 MgSO₄ 的不同递增浓度（50–150 mM），以及渗透胁迫处理（300 mM 甘露醇）。尽管两种处理均减少了根瘤数量，但在所有 MgSO₄ 浓度和渗透胁迫条件下仍可观察到根瘤形成，表明这两个因素均不足以完全解释 MGS-1 中根瘤缺失的现象。MgSO₄ 胁迫下地上部与根部干重比升高，而甘露醇处理下该比值降低，说明植物对这两种胁迫表现出不同的响应。我们的研究结果表明，在补充营养并添加额外基质以改善 MGS-1 的紧实度和孔隙度的条件下，大豆能够在 MGS-1 中存活。然而，在 MGS-1 中生长的大豆表现出严重的发育受限以及生物固氮作用的完全抑制。克服这些限制需要采取措施缓解盐胁迫、碱性和物理压实问题，并构建与火星可持续农业相适应的共生条件。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.09.10.750807v1?rss=1

🏷️ 大豆生长 火星风化层模拟物 硫酸镁胁迫 根瘤形成 生物固氮