多菌株根际促生菌协同调控油菜幼苗盐胁迫耐受性的生理与生化机制研究

《Journal of Soil Science and Plant Nutrition》：Single and Multi-Strain PGPR Enhance Salinity Tolerance in Canola (Brassica napus L.) Seedlings

本研究针对盐胁迫严重制约油菜生产的突出问题，探讨了单菌株（枯草芽孢杆菌）和三菌株复合菌剂（巨大芽孢杆菌+荧光假单胞菌+枯草芽孢杆菌）对甘蓝型油菜幼苗耐盐性的调控作用。研究发现，多菌株接种能更有效维持植株水分平衡（RWC）、减轻膜损伤（EC）、增强抗氧化防御（SOD、CAT、POD、APX）及渗透调节物质（脯氨酸、酚类、黄酮）积累，显著缓解盐诱导的氧化胁迫，为利用PGPR实现盐渍土农业可持续发展提供了新策略。

　　

随着全球盐渍化耕地面积的不断扩大，寻找提高作物耐盐性的有效途径已成为农业可持续发展的重要课题。甘蓝型油菜作为世界第三大油料作物，其生产尤其在干旱半干旱地区深受土壤盐渍化的制约。盐胁迫通过引发渗透胁迫、离子毒性和氧化损伤，严重破坏植物的水分平衡、光合作用及细胞代谢，最终导致产量下降。面对这一挑战，利用植物根际促生菌作为一种环境友好的生物策略，近年来受到了广泛关注。

以往的研究多集中于单一或双菌株接种，对于具有互补功能的多菌株复合菌剂如何协同增强植物耐盐性，尤其是在幼苗早期的生理生化响应机制方面，仍缺乏深入系统的研究。为此，本研究团队在《Journal of Soil Science and Plant Nutrition》上发表论文，系统评价了单菌株（SB，枯草芽孢杆菌_{Bacillus subtilis}）和三菌株复合菌剂（TB，巨大芽孢杆菌_{Bacillus megaterium}+ 荧光假单胞菌_{Pseudomonas fluorescens}+ 枯草芽孢杆菌_{B. subtilis}）对盐胁迫下甘蓝型油菜‘Edimax CL’幼苗的缓解效应。

研究人员在温室条件下，设置了0至200 mM的梯度NaCl浓度，通过系统测量生长指标、生理参数（如相对含水量RWC、电解质泄漏率EC、叶绿素含量）以及生化指标（如抗氧化酶活性、渗透调节物质、氧化损伤标志物），全面揭示了PGPR接种对油菜幼苗的助益作用。

本研究采用的关键技术方法主要包括：温室盆栽实验（采用灭菌土壤-泥炭-珍珠岩混合基质），梯度盐胁迫处理，PGPR菌剂制备与接种（采用10%蔗糖溶液作为载体，通过浸种和灌根方式接种），以及一系列生理生化指标测定。生长参数测量了根长、株高、鲜重和干重。生理指标通过SPAD仪测定叶绿素相对含量，采用称重法计算相对含水量，电导率法测定膜透性。生化分析涵盖了光合色素（丙酮提取法）、总酚（福林酚法）、总黄酮（铝盐比色法）、总抗氧化能力（DPPH法）、脯氨酸（酸性茚三酮法）、丙二醛MDA（TBA法）、过氧化氢H₂O₂（KI法）以及超氧化物歧化酶SOD（NBT光化还原法）、过氧化物酶POD（愈创木酚法）、过氧化氢酶CAT（紫外吸收法）、抗坏血酸过氧化物酶APX（抗坏血酸氧化法）等抗氧化酶活性。数据采用双因素裂区设计进行方差分析和多重比较。

3.1 生长参数的影响

盐胁迫显著抑制了油菜幼苗的形态建成。随着NaCl浓度升高，幼苗的株高、根长以及地上部和根部鲜重、干重均呈现下降趋势。然而，PGPR接种，特别是TB处理，有效缓解了这种抑制。在非盐胁迫下，TB处理的株高最高（38.0 cm）。在盐胁迫下，TB处理的植株保持了较高的地上部干重（15.95 g plant^-1）和根干重（4.27 g plant^-1），表明多菌株接种在维持生物量方面优于单菌株和对照组，体现了菌株间的协同效应。

3.2 生理参数的影响

盐胁迫导致相对含水量RWC从60.10% (S0) 降至48.63% (S4)，电解质泄漏率EC从62.79%增至77.95%，表明水分失衡和膜系统受损。TB接种使植株在盐胁迫下保持了较高的RWC（53.57%）和较低的EC（66.40%）。同时，TB处理还显著提高了叶绿素含量（0.84 mg g^-1FW）和类胡萝卜素水平，说明其有助于保护光合机构。相关性分析显示，生长参数与RWC呈正相关，与EC呈负相关，而各种光合色素之间则存在强正相关，印证了PGPR通过改善水分状况和光合效能来促进生长。

4.1-4.4 酚类、黄酮、总抗氧化能力及脯氨酸含量

盐胁迫诱导了次生代谢物的积累。总酚含量TPC和总黄酮含量TFC在中等盐度下最高，TB处理分别达到10.34 mg GAE g^-1DW和4.10 mg QE g^-1DW。总抗氧化能力TAC在TB处理下也最高（85.98%）。脯氨酸作为重要的渗透调节物质，其积累在盐胁迫下显著增加，TB处理在150 mM NaCl时达到峰值（122.36 mg g^-1FW）。这些结果表明PGPR，尤其是多菌株 consortium，能够激活植物的抗氧化和渗透调节系统。

4.5 氧化损伤指标

氧化损伤标志物丙二醛MDA和过氧化氢H₂O₂的含量随盐度升高而增加，但PGPR接种减轻了这种增加。TB处理下的H₂O₂含量（14.01 μmol g^-1FW）和MDA含量（60.22 nmol g^-1FW）均低于对照组，表明其有效减轻了膜脂过氧化程度。

4.6 抗氧化酶活性

抗氧化酶对盐胁迫和接种的响应各异。单菌株SB在中等盐度下主要增强了SOD和CAT的活性。而三菌株TB在轻度盐胁迫下则显著提高了POD和APX的活性。这种差异表明，多菌株接种可能通过调动更广泛的抗氧化酶系统来协同清除活性氧，从而更有效地维持氧化还原稳态。

多变量分析

热图和主成分分析PCA结果直观地展示了不同处理间的差异。未接种的对照在高盐下与高MDA、H₂O₂水平聚集，代表严重氧化损伤。而PGPR接种处理，特别是TB，则与高含量的脯氨酸、酚类、黄酮及高TAC聚集，表明其增强了植物的综合抗逆能力。酶活性指标也紧密聚类，说明其协同作用。

本研究得出结论，盐胁迫显著抑制油菜幼苗生长，破坏其生理生化稳态。接种植物根际促生菌，特别是由巨大芽孢杆菌、荧光假单胞菌和枯草芽孢杆菌组成的多菌株复合菌剂，能够通过多种协同机制有效缓解盐害。这些机制包括：改善水分关系（维持较高的RWC），增强膜稳定性（降低EC），促进光合色素保存，激活抗氧化防御系统（提高SOD、CAT、POD、APX活性及酚类、黄酮等非酶抗氧化物质含量），以及强化渗透调节（积累脯氨酸）。多菌株接种相比单菌株展现出更全面、更强的保护效果，其协同作用源于各菌株功能的互补性（如激素调节、营养活化、ACC脱氨酶活性、抗氧化酶诱导等）。该研究为利用多菌株PGPR consortium作为一项可持续的生物策略，提升作物盐胁迫耐受性、保障盐渍化农田的油菜安全生产提供了重要的理论依据和实践启示。未来研究可关注不同基因型油菜的响应差异，以及PGPR对产量品质和土壤微生态的长期效应。