《Rhizosphere》：Inoculation of
Pseudomonas koreensis Enhances Crop Health by Modulating Metabolomes Related to Growth and Resistance of Lettuce Grown in a Hydroponic System
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生菜在开放温室NFT水培系统中接种耐热根瘤菌Pseudomonas koreensis UB-62可显著促进生长（株高、叶面积、生物量提升）、提高叶绿素含量及降低蓟马危害，代谢组学显示糖代谢和脂肪酸代谢增强，尤其是谷胱甘肽硫代谢途径对植物稳态起关键作用。
卢克曼·库拉塔·阿伊尼（Luqman Qurata Aini）|安东·梅卢斯·普特拉（Anton Meilus Putra）|纳比拉·阿利亚·阿纳斯塔西娅（Nabilla Alya Anastasya）|肖利卡·维迪亚尼塔·拉赫玛瓦蒂（Sholikah Widyanitta Rachmawati）|巴尤·阿吉·帕穆恩卡斯（Bayu Aji Pamungkas）|埃里扬托·尤斯纳万（Eriyanto Yusnawan）
印度尼西亚布拉维贾亚大学（Universitas Brawijaya）农业学院植物病虫害与疾病系，Jl. Veteran, Malang 65145
摘要
印度尼西亚的农民通常在缺乏微气候调节的开放式温室中种植水培作物；因此，作物生长常常受到环境压力和生物胁迫（如害虫和疾病）的影响。因此，能够在变化的环境条件下发挥作用的植物生长促进细菌（PGPB）接种剂（例如耐热根瘤菌）对于促进作物生长非常有益。本研究旨在评估耐热P. koreensis UB-62接种剂在开放式温室水培条件下对生菜生长、病虫害损害以及代谢组谱的影响。通过代谢组学方法分析了生菜作物对接种的反应。实验在印度尼西亚巴图市（Batu City）的“Lily Harvest”农民温室中进行，使用的是营养膜技术（NFT）水培系统。实验设置了三种处理方式：未经处理的对照组、PGPR接种和P. koreensis UB-62接种，采用完全随机设计并重复六次。结果表明，P. koreensis UB-62接种剂在21–35天生长期显著增强了生菜的植株长度、叶面积和生物量，并提高了叶绿素含量，但未影响类胡萝卜素含量。此外，该接种剂还减少了蓟马对生菜的损害。然而，它对总酚类化合物、苯丙氨酸氨裂解酶（PAL）、多酚氧化酶（PPO）和过氧化物酶（PO）没有影响。与未接种组相比，P. koreensis UB-62接种的生菜作物中糖类代谢物的浓度也有所增加，包括d-半乳糖醇、d-甘露糖醇和α-d-半乳吡喃糖苷。途径分析结果显示，谷胱甘肽和硫代谢途径在增强P. koreensis UB-62接种生菜的稳态中起着关键作用。
引言
城市农业已被广泛实施，以满足人们对健康食品的迫切需求，尤其是在城市化和气候变化的背景下（Balogun等人，2022年）。其中最常见且有效的方法之一是水培系统，它允许农民在受控环境中（如温室）无需土壤即可种植植物。水培系统受到农民的青睐，因为它能更高效地利用有限的城市空间，比传统农业更节约水资源，并且可以全年生产，不受季节性或传统耕地条件的限制（Barbosa等人，2015年；Pomoni等人，2023年）。研究表明，水培系统比传统方法节省高达90%的水资源，并能加快垂直农业生产的速度和实现本地化分配（Pomoni等人，2023年）。这一趋势促使水培蔬菜（尤其是生菜Lactuca sativa L.）成为大多数国家城市农业的重要组成部分。尽管水培系统具有这些优势，但仍存在一些农艺问题，可能导致产量下降。在印度尼西亚等热带地区，许多水培农场使用的是传统的、缺乏微气候调节的开放式温室。在这种情况下，作物经常面临环境压力和生物胁迫（如害虫和疾病）。例如，在印度尼西亚的温室中，蓟马、叶矿虫和Cercospora叶斑病是常见的生菜问题（Aini等人，2024年；Kristianto等人，2023年；Mirah等人，2023年）。由于这些挑战，农民倾向于使用化学农药来保护作物（Kuswardhani等人，2013年）。此外，非气候控制的温室中温度变化频繁，可能影响植物的生理表现，从而导致植物和根系生长以及生物量产量下降（Ding等人，2020年；Lee等人，2025年；Levine等人，2023年；Zhao等人，2020年）。例如，印度尼西亚一些简易温室内的温度白天可达到35°C至37°C，这是热胁迫的关键指标（Haq等人，2023年）。因此，开发既能促进植物生长又能增强其对非生物和生物胁迫抵抗力的可持续生物方法至关重要，尤其是在简易开放式温室中。
植物生长促进细菌（PGPB）作为一种微生物生物刺激剂受到了广泛关注，因为它们有助于提高植物产量和抗性。PGPB可以通过多种方式促进植物生长，例如产生植物激素、溶解养分以及调节植物免疫系统（Orozco-Mosqueda等人，2023年；Timofeeva等人，2024年）。除了生物刺激作用外，一些PGPB还能诱导植物的系统抗性（ISR），从而增强其对昆虫和病原体的抵抗力（Rabari等人，2023年；Ruiz-Santiago等人，2025年）。在水培系统中，能够在变化的环境条件下发挥作用的无菌剂尤为重要，因为环境变化会影响植物的生理状态和PGPB在根际的功能。因此，能够在高温下存活和生长的耐热PGPB在变化的环境条件下具有适应优势（Chan等人，2024年；Goyal等人，2022年；Mukhtar等人，2022年），尤其是在无法控制的传统温室中。
Pseudomonas属细菌在有益根瘤菌中以其促进植物生长和生物控制的能力而闻名（Guzmán-Guzmán和Santoyo，2022年）。已有研究表明，几种Pseudomonas koreensis具有PGP特性，并能在恶劣条件下支持植物生长（Ayangbenro等人，2024年；Guo等人，2021年）。我们之前分离并鉴定了一种名为P. koreensis UB-62的根瘤菌株，该菌株耐高温和高盐度，并具有促进植物生长的能力，包括产生IAA和溶解磷酸盐（Aini等人，2023年）。这些特性表明，该菌株可能适用于环境因素多变的温室种植环境。然而，这种细菌对植物生长及其在水培系统中的适应性影响尚未得到充分研究。
为了深入理解植物对微生物处理的反应机制，代谢组学方法被广泛用作有效且先进的工具。代谢组学能够全面绘制植物在各种处理条件（如细菌接种、环境压力或两者结合）下产生的次级和初级代谢物的图谱。利用气相色谱-质谱（GC–MS）或液相色谱-质谱（LC–MS）等仪器，代谢组学可以揭示代谢途径的变化、压力分子标志物和植物健康生物标志物（Razzaq等人，2019年）。例如，先进的代谢组学分析工具可以测量植物中的数十到数百种初级和次级代谢物，包括氨基酸、有机酸、生长激素和脂质（Razzaq等人，2019年；Zheng等人，2021年）。研究表明，有益根瘤菌可以调节宿主植物的代谢，包括碳水化合物、有机酸和氨基酸衍生的防御化合物途径（Song等人，2026年）。然而，关于P. koreensis对在简易开放式温室中水培生菜的代谢组谱的影响以及这些代谢变化是否与植物生长增强和非生物/生物损伤减少相关，目前了解甚少。
基于这些考虑，我们假设Pseudomonas koreensis UB-62接种可以通过代谢重编程来增强水培NFT系统中生菜的表现，从而支持植物生长并提高其对非生物和生物因素的抵抗力。因此，本研究旨在评估P. koreensis UB-62接种对生菜生长、病虫害损害以及代谢组谱的影响。研究结果有望为PGPB如何影响植物代谢提供新的见解，并为城市水培农业的可持续微生物生物刺激剂的发展做出贡献。
细菌培养
P. koreensis UB-62菌株来自布拉维贾亚大学农业学院植物疾病实验室的菌株库。所使用的PGPR是一种商业产品，包含P. fluorescens、Bacillus subtilis、Azospirillum sp.和Azotobacter sp.的混合物。细菌细胞在室温（±28°C）下以125 rpm的转速在营养肉汤（NB）培养基中培养3天。收获后的细菌细胞经过调整
P. koreensis UB-62接种对生菜生长的影响
在21和28天生长期，接种P. koreensis UB-62的生菜长度明显长于接种PGPR的生菜（p<0.05）。在35天生长期收获时，接种P. koreensis UB-62的生菜长度与接种PGPR的生菜无显著差异，但明显长于未接种组的生菜（F2.15 = 21.21，p<0.05）（表1）。这些结果表明，P. koreensis UB-62接种剂在水培系统中显著促进了生菜的生长讨论
P. koreensis UB-62接种通过增加植株长度、叶面积和生物量，在21–35天生长期增强了生菜的植株生长。植株长度和叶面积的增加表明细胞扩张和叶片组织分裂加速，这与P. koreensis UB-62处理组中总叶绿素含量的增加相符，反映了养分吸收和运输的增加。结论
耐热P. koreensis UB-62作为生物刺激剂和生物保护剂，在开放式温室中水培生菜时表现出潜力。其接种显著增强了植物生长、生物量和叶绿素含量，并减少了蓟马造成的损害。代谢组谱分析显示糖类和脂肪酸水平升高。途径分析表明，谷胱甘肽和硫代谢在维持植物稳态中起主要作用。CRediT作者贡献声明
安东·梅卢斯·普特拉（Anton Meilus Putra）：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、软件使用、数据分析。卢克曼·库拉塔·阿伊尼（Luqman Qurata Aini）：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、项目监督、方法学设计、资金获取、概念构思。埃里扬托·尤斯纳万（Eriyanto Yusnawan）：资源提供、方法学设计、实验实施。巴尤·阿吉·帕穆恩卡斯（Bayu Aji Pamungkas）：撰写——审稿与编辑、实验实施、数据管理。肖利卡·维迪亚尼塔·拉赫玛瓦蒂（Sholikah Widyanitta Rachmawati）：撰写——审稿与编辑数据可用性声明
所有相关数据均包含在手稿中。利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。数据提供
数据可应要求提供。资助
基础研究资助编号：00667/UN10.A0501/B/PT.01.03.2/2025，由印度尼西亚高等教育、科学与技术部提供。利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。致谢
作者感谢印度尼西亚高等教育、科学与技术部提供的基础研究资助编号：00667/UN10.A0501/B/PT.01.03.2/2025，以及Lily Harvest公司的Rudy Harianto先生为水培系统和温室提供的支持。
