深探｜用細菌為水稻“揚硒抑鎘”，廣西大學科研團隊打開富硒土壤寶藏

編者按在八桂大地的校園深處，安靜的實驗室里，藏著一個個“科研寶藏”。那里沒有閃閃發光的金銀，卻蘊藏著可能改變一個產業、造福一方百姓的智慧密鑰。從今天起，《廣西日報》教育版“深探”欄目推出“走進高校實驗室”系列報道，帶您探尋廣西高校那些“有意思”的科研難題背后，更“有意義”的突破與閃光。
首期，我們聚焦一個“珍貴的煩惱”：廣西擁有全國最大的連片富硒土壤，但伴生的重金屬鎘卻讓這份饋贈宛如“帶刺的玫瑰”。如何“揚硒抑鎘”，曾是產業難題。
廣西大學科研團隊從土壤中找到一位“微生物工匠”，巧妙地重組了水稻根部的“鄰里生態”，從而實現了“提純抑害”的精準調控。這項研究不僅是破解自然密碼的智慧，更是把論文寫在大地上的生動實踐。
讓我們一起走進實驗室，看他們如何用科學守護碗中糧、點亮土中金。

韋燕燕（左二）指導團隊成員觀察細菌生長情況。

想象一下，你家里有個祖傳的聚寶盆，里面既有能讓你健康長壽的金色寶石（硒），也混雜著一些有毒的黑色鐵釘（鎘）。你想取出寶石，卻又害怕被鐵釘所傷。怎么辦？

這正是廣西部分地區農業發展面臨的一個真實寫照。

“以前看著大片富硒土壤卻不敢放心種稻，現在有了LB2菌株，有望能讓好土地產出安全糧！”在位于廣西大學土化樓的實驗室內，廣西大學農學院韋燕燕副教授興致勃勃介紹起最近的研究成果。近期，她帶領團隊與中山大學湯葉濤教授團隊合作，成功找到一株芽孢桿菌LB2，可以一邊活化土壤中的硒，將難以被植物吸收的硒釋放出來給植物吸收，一邊鈍化土壤中的鎘，把容易被植物吸收的鎘鈍化成難以被植物吸收的形態，實現水稻富硒降鎘。

實驗室里的培養皿中，這株被稱為LB2的芽孢桿菌，或將成為破解富硒土壤“藏寶難取”困境的鑰匙，為富硒水稻安全種植帶來全新可能。

位于培養皿中的芽孢桿菌LB2。

全國最大的富硒寶地，也有“先天不足”

你或許不知道，廣西是全國最大的富硒寶地。

2021年自治區自然資源廳發布的廣西土地質量地球化學評價工作結果顯示，廣西初步圈定富硒土壤分布面積7.57萬平方公里，相當于1.14億畝，居全國首位。更難得的是，這些富硒土壤不是零星分布，而是連片分布。

這不僅是自然的饋贈，也解釋了為何廣西擁有全國最多的“長壽之鄉”。硒，這個被譽為“長壽元素”的微量元素，正靜靜地蘊藏在廣闊田野中。“這讓包括大米在內的不少富硒農產品物以‘硒’為貴，有了更高的產值。”廣西農科院農業資源與環境研究所副所長、廣西富硒農業研究中心主任劉永賢說。

然而，硬幣有它的另一面。

包括廣西在內的我國南方天然富硒土壤廣泛存在“先天不足”——重金屬鎘含量常常超標，且土壤硒的有效性低。偏偏前者還是危害健康的重金屬污染物。

富硒土壤為何會有這樣的“先天不足”？

“土壤中廣泛存在硒鎘伴生，大多非人為造成，而是成土過程中的天然硬傷。”劉永賢解釋。尤其在石灰巖多的區域，這些巖石會慢慢溶解，剩下的不溶物質又會繼續風化形成土壤，這個過程會同時產生硒和鎘。另外，廣西的土壤里常見一種鐵錳礦物，它像“吸附劑”一樣，會同時把硒和鎘都吸在土壤里。

更棘手的是，水稻作為亞洲主要糧食作物，其對鎘的吸收能力極強，堪稱“情有獨鐘”。這意味著，想要在富硒土壤上種出“硒多鎘少”的大米，得經過土壤篩選、質量檢驗等“重重關卡”，這讓不少稻農深受困擾。

“市面上的富硒大米為何價格會偏高？就是這些困擾造成的。”韋燕燕告訴記者，要種出合格富硒大米，有葉面噴施阻隔劑、施用土壤調理劑、篩選和培育低積累品種水稻等幾種主流方案。但這些方案都有各自的短板，比如葉面噴施限制條件多且效果不穩定；土壤調理劑或鈍化劑雖然可以鈍化鎘，卻常常無法兼顧硒的活化；而篩選培育低積累品種的研發周期長，還可能伴隨產量偏低、口感不佳等問題。

因此，對于已經存在的、硒鎘共存的耕地，如何安全利用，把資源優勢變成安全、高值的農產品，而不是棄之不用或冒著風險種植，成了廣西發展富硒農業的一個關鍵考驗。

LB2菌株在硒鎘伴生土壤中的作用機制圖解。 （受訪者供圖）

不起眼的細菌，卻身懷絕技

如何讓水稻多富集硒、少吸收鎘，種出安全又富硒的優質大米？這一難題，長期困擾著相關領域的科研人員。

“有沒有一種辦法，既能夠穩定地實現‘活硒鈍鎘’，研發周期又不至于太長？”在這一領域深耕十余年，韋燕燕科研團隊把目光轉向了土壤中的細菌等微生物。

研究的起點是精準的“土壤偵探”工作。研究團隊調研發現，部分區域土壤中硒和鎘含量均較高，但種出的大米卻能達到富硒標準且不超標。“我們推測是微生物在其中起作用。”韋燕燕說。

于是，研究團隊從富硒區水稻根際這一“前沿陣地”分離微生物，且設定了清晰的篩選標準：兼具“活硒”與“鈍鎘”的雙重能力。

“歷時兩年多開展試驗，我們最終從廣西富硒稻田的根際土壤中，成功分離出一種‘天賦異稟’的細菌——芽孢桿菌LB2。”韋燕燕介紹，該菌株不僅能讓土壤中的硒活躍起來，轉化為水稻可吸收的形態。同時還能將土壤中的鎘鈍化，也就是把活躍、可移動的鎘，轉化為不活躍、難移動的形態，阻止其被水稻吸收。

看著培養皿里不起眼的細菌，究竟是如何實現“活硒鈍鎘”的？

“你可以把它想象成一個派駐到水稻根系的‘全能管家’，擁有智能‘開鎖’和‘關鎖’兩項核心技能。”韋燕燕進一步解釋，這是一個從宏觀現象深入到微觀分子機制的研究過程。

“開鎖”技能，即它能分泌出特殊的胞外代謝物質，這些代謝物來自色氨酸和嘌呤代謝過程，就像一把生物鑰匙，能夠“溶解”土壤中不能被水稻直接吸收的“固態硒礦”，將其轉化為可吸收的“離子態硒”；“上鎖”技能剛好相反，它能牢牢吸附固定住土壤中的游離鎘離子，并形成穩定復合物，給有毒的鎘“戴上鐐銬”，從根源上阻止鎘被水稻吸收。

盆栽試驗表明了這位“管家”的高效：在硒、鎘濃度為0.6mg/kg和1.2mg/kg的土壤中接種LB2菌株后，水稻生長態勢顯著改善。與對照組相比，水稻籽粒中硒含量提高20%～23%，鎘含量則降低18.3%～36.6%。

LB2的厲害之處還不止于此。研究團隊成員、廣西大學農學院博士潘國飛告訴記者，研究還發現，LB2菌株就像是一位極具領導力的“項目經理”，一旦入駐水稻根際這個“微建筑工地”，就能通過代謝物招來其他微生物，發動“協同作戰”，徹底改變那里的生態環境，達成促進水稻富硒降鎘的目的。

例如，它能讓擅長鐵呼吸和硫酸鹽呼吸的微生物功能得到強化，這些微生物會加速土壤中氧化物轉化，使土壤硒的有效性最高提升36%，讓鎘的有效性最高降低17.69%。此外，它還可能通過嘌呤代謝產物招募更多功能微生物，共同打造“富硒降鎘聯盟”。

研究團隊成員開展水稻栽培實驗。黃海珠 攝

從實驗室到田野，真正為水稻賦硒

該研究成果頗具意義。

其首次明確了芽孢桿菌LB2通過胞外代謝產物介導硒礦溶解與鎘吸附的生理機制，填補了“功能菌株—代謝產物—硒鎘形態轉化”關聯研究的空白。同時，研究創新性地揭示了根際微生物組重組是驅動水稻富硒降鎘的核心路徑，為解析土壤—微生物—植物系統中硒鎘協同調控的生物地球化學過程提供了全新理論視角。LB2菌株可通過驅動微生物影響根際代謝產物，進而激活土壤硒并固定鎘，無需化學藥劑即可實現水稻富硒降鎘。該研究還充分解析了LB2菌株的作用機制，這一系統性作用機制的揭示，為類似土壤重金屬污染治理提供了重要參考。

其深深扎根于廣西的現實需求。廣西早已提出打造“中國富硒農業之都”的奮斗目標，富硒大米、富硒茶等產品也已頗具規模。然而，產業的可持續發展必須以安全為基石。LB2菌株及其揭示的“重塑微生物組”技術路徑，恰好為解決硒鎘伴生這一核心矛盾提供了全新的、綠色的、高效的生物解決方案。

這項突破，價值遠不止于服務本地。根據2023年1月自然資源部中國地質調查局正式發布的《國家土地地球化學質量報告（2022）》，我國富硒的土地占比達16%，在全國各省（區、市）均有一定分布，適宜于發展富硒農業，提高農產品附加值，促進鄉村振興。“該成果為我國南方酸性土壤區富硒水稻綠色生產及農用地稻田土壤安全利用提供了一套新的‘內源’方案與思路。”劉永賢說。

不過，該成果目前只是在盆栽實驗中得到驗證，距離大規模應用，還需經過田間開展長期試驗。未來，科研團隊在驗證其長期穩定性后，可通過企業合作等方式，將細菌制成可直接面向農戶的標準化菌劑產品。

“我們希望，這項實驗室里的科學發現能盡快走向田野，讓遍布全國的‘健康寶藏’真正純凈、安全地惠及千家萬戶。”韋燕燕說。

■記者手記

農之所盼 我之所向

顧醒航

7.57萬平方公里，相當于1.14億畝，這兩個沉甸甸的數字，是廣西富硒土地的家底——面積連片分布，居全國首位。硒作為“長壽元素”，本是“物以‘硒’為貴”的農業富礦，卻因土壤中硒鎘伴生的“先天不足”陷入困境：稻農辛苦種出的大米鎘含量常超標，只能整批廢棄。

采訪中最觸動我的，是韋教授實驗室里那些跨越時光的堅守。實驗室外的走廊上，掛著十幾年前的研究成果。韋教授告訴記者，她們團隊從2013年開始從事富硒農業相關的研究，一屆又一屆學生來了又走，卻都接過了同一個接力棒。這一次發現的LB2菌株，也是好幾屆師生在田間地頭奔走、在實驗室“蹲守”的成果。

韋教授說，在廣西，還有許許多多和她們一樣的科研團隊，都在朝著讓富硒農業真正落地生根、提質增效的目標發力。我感到，科研的溫度就是把農人的期盼，變成研究者的接力奔跑。那些在培養皿中靜靜生長的LB2菌株，承載的是科研人“讓好土地產安全糧”的追求。所謂科研擔當，大抵就是“把論文寫在祖國大地上”的執著，是“農之所盼，我之所向”的初心。

《廣西日報》版面截圖。