源自孙德尔本斯的耐盐解淀粉芽孢杆菌属 Bacillus inaquosorum SWA3TU 可缓解水稻中砷与铅胁迫

《International Microbiology》：Sundarbans-derived halotolerant Bacillus inaquosorum SWA3TU mitigates arsenic and lead stress in Oryza sativa L.

　　

受污染农田生态系统中的水稻（Oryza sativa L.）生产受到砷（As）和铅（Pb）毒性的严重影响。本研究评估了一株来源于孙德尔本斯红树林土壤的新型耐盐解淀粉芽孢杆菌属 Bacillus inaquosorum SWA3TU 作为植物促生细菌（plant growth-promoting bacterium, PGPR）缓解 IR-64 水稻品种单一 As 和 Pb 胁迫的有效性。SWA3TU 表现出对 NaCl 的耐受性（最高达 10%）以及对重金属的耐受性（As 和 Pb 最高达 150 μg/mL），同时具备多种植物促生特性，包括 IAA 产生、磷和锌溶解、铁载体（siderophore）分泌、固氮、胞外多糖（EPS）合成及抗真菌活性。在 12 μg/mL 的 As 和 Pb 水培条件（筛选浓度）下，SWA3TU 接种显著降低了毒性。与胁迫对照相比，接种后生物量增加 45%–62%，根长和株高增加 42%–57%，叶绿素含量增加 72%–78%。抗氧化酶活性在胁迫下升高，而细菌接种后降低 31%–43%，表明氧化胁迫得到缓解。此外，H₂O₂ 水平和电解质渗漏分别下降 36%–40% 和 35%–38%。同时观察到 As 和 Pb 积累减少 42%–46%，并伴随 Aux/IAA 基因表达增强。尽管该分离株具有耐盐性，但植物实验未纳入盐胁迫，耐盐性仅作为与孙德尔本斯生态系统相关的环境背景因素进行讨论。这些结果表明，B. inaquosorum SWA3TU 是一种有前景的生物接种剂，可用于缓解水稻中的砷和铅胁迫。

该论文发表于《International Microbiology》，围绕孙德尔本斯红树林土壤来源耐盐植物促生细菌在水稻重金属胁迫缓解中的应用潜力展开研究。研究背景在于，水稻（Oryza sativa L.）是全球重要主粮，但受工业化和高强度农业活动影响，耕地中砷（As）和铅（Pb）污染日益加剧，严重威胁作物产量与食品安全。由于水稻长期处于淹水栽培条件，砷的生物有效性增强，且可借助水通道蛋白和硅转运体等途径进入植株；铅则会干扰 Ca²⁺、Mg²⁺ 等必需离子的吸收，进一步抑制作物生长。两类重金属共同诱导活性氧（ROS）过量积累、膜系统损伤、光合作用障碍和生物量下降。因此，开发绿色、可持续的缓解策略具有明确的农业与生态意义。

研究人员注意到，孙德尔本斯生态系统兼具盐分侵入和重金属污染等环境特征，是筛选抗逆微生物的重要来源。植物促生根际细菌（PGPR）因能够分泌植物激素、活化养分、调控胁迫响应和影响金属有效性，而被视为缓解非生物胁迫的重要生物学工具。然而，关于本土耐盐细菌缓解水稻单一砷、铅胁迫的研究仍较少。基于此，研究人员从孙德尔本斯土壤中分离菌株，筛选兼具耐盐性、耐重金属性和促生特征的目标菌，并在受控水培体系中验证其对 IR-64 水稻的缓解作用。

在技术方法方面，研究主要采用以下几类关键手段：其一，自印度西孟加拉邦孙德尔本斯 Bonnie Camp 近 Matla 河区域采集土壤样品，进行菌株分离、盐和重金属耐受筛选及土壤理化性质分析；其二，通过生化表型测定、16 S rRNA 基因 PCR 测序、BLAST 比对与系统发育分析鉴定目标菌株；其三，利用水培体系设置对照、菌剂处理、As/Pb 单独胁迫及菌剂联合胁迫组，测定植株生长、生理和生化指标；其四，采用原子吸收光谱法（AAS）测定植株 As/Pb 含量，采用 RT-qPCR 分析 Aux/IAA 基因表达，并通过 HeLa 细胞 MTT 试验评估菌株生物安全性。

研究首先在“土壤性质与菌株分离”部分表明，采样土壤为灰色壤砂质，pH 为 6.78，电导率（EC）为 2.62 dS m^?1，提示研究地点具有轻度盐渍化并伴随重金属污染特征。研究人员共分离出 8 株细菌，其中 3 株进入预筛选。结果显示，3 株菌均具有一定耐盐性和耐 Pb 能力，但仅 SWA3TU 同时对 As 表现出耐受性，因此成为后续重点研究对象。

在“菌株理化特征鉴定”部分，研究表明 SWA3TU 在多项植物促生性状上表现最优。该菌可溶解磷和锌，产生较高水平铁载体，具备纤维素酶、木聚糖酶、淀粉酶、过氧化氢酶活性，可固氮、产氨、产 IAA、产 HCN，并具有较高的胞外多糖（EPS）分泌能力。这些性状说明该菌不仅可能通过营养活化促进植物生长，也可能通过金属螯合、根际固定和逆境适应提升植株耐受力。HeLa 细胞 MTT 检测显示，SWA3TU 处理组细胞存活率达 99%，细胞毒性仅 6%，表明其具有较好的生物安全性。16 S rRNA 序列分析进一步确认该菌株为 Bacillus inaquosorum，GenBank 登录号为 PQ097957。

在“抗真菌活性”部分，研究人员通过双培养法证明 SWA3TU 对 Fusarium oxysporum ATCC 48112 具有显著拮抗作用，真菌生长抑制率达到 65.5%。这一结果提示该菌不仅具有重金属缓解潜力，还兼具一定生物防治价值。

在“植物生理与生化特性”部分，研究采用 12 μg/mL As 或 Pb 作为亚致死胁迫浓度开展水培实验。结果显示，重金属显著抑制水稻生长，而接种 SWA3TU 后植株生长明显恢复。与重金属单独处理组相比，菌株接种可提高株高、根长、鲜重和干重，其中鲜重提升 55% 和 57%，干重提升 44% 和 46%，分别对应 As 和 Pb 胁迫。叶绿素含量在重金属处理后下降，而接种 SWA3TU 后增加约 74% 和 75%，表明该菌能够改善光合色素稳态，促进植株生长恢复。

在“抗氧化系统与氧化损伤指标”部分，研究表明 As 和 Pb 胁迫显著提高超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）、抗坏血酸过氧化物酶（APX）和谷胱甘肽还原酶（GR）活性，说明植株受到明显氧化胁迫。SWA3TU 接种后，这些酶活性较胁迫组明显下降，说明菌株减轻了植株对高强度抗氧化防御的依赖，从侧面反映 ROS 负荷下降。与此同时，H₂O₂ 含量与电解质渗漏率在 As 和 Pb 胁迫下显著升高，而细菌处理后明显降低，提示膜完整性与细胞氧化还原稳态得到恢复。

在“As 和 Pb 含量及相对基因表达分析”部分，原子吸收光谱法（AAS）结果显示，水稻在 12 μg/mL As 或 Pb 条件下分别积累较高含量的 As 和 Pb；接种 SWA3TU 后，As 含量由 28.6 ± 2.1 mg kg^?1 DW 降至 15.4 ± 1.3 mg kg^?1 DW，降低 46%；Pb 含量由 32.4 ± 2.4 mg kg^?1 DW 降至 17.8 ± 1.5 mg kg^?1 DW，降低 45%。该结果证明 SWA3TU 能有效抑制整株水平的重金属积累。RT-qPCR 结果进一步显示，接种菌株后 Aux/IAA 响应基因表达上调，在 As 胁迫下提高 78%，在 Pb 胁迫下提高 74%，提示该菌可能与生长素信号调控及根系发育改善有关。

论文讨论部分强调，SWA3TU 的作用并非局限于单一机制，而是多种 PGPR 性状的综合体现。IAA 产生、养分溶解和固氮能力有助于维持植物生长势；铁载体和 EPS 可能参与金属螯合或固定，降低金属生物有效性；抗氧化指标改善则说明菌株能够帮助植物维持细胞氧化还原平衡。研究同时指出，虽然结果显示植株中 As 和 Pb 积累显著下降，但本研究并未直接解析其具体机制，例如金属吸附、根际固定、转运抑制或植物排斥等过程，仍需进一步分子和功能验证。作者也明确指出，本研究在水培和营养生长期条件下完成，尚未覆盖田间环境、籽粒富集和根—茎转运因子（TF）分析；此外，未检测与 As/Pb 吸收、转运和解毒直接相关的 PHT、NIP、ZIP、NRAMP 和 ABC 转运蛋白家族基因表达，因此机制层面的证据仍待加强。文中还特别说明，尽管菌株来源于盐生环境并具耐盐性，但植物实验未设置盐胁迫处理，因此不能据此推断其对盐-重金属复合胁迫的缓解效果。

研究结论可译为：综上，来源于孙德尔本斯红树林土壤的耐盐菌株 Bacillus inaquosorum SWA3TU 具有多种有利性状，包括显著的 IAA 产生能力，这对于促进植物生长以及缓解水稻中单一砷和铅的有害效应至关重要。此外，铁载体分泌、木聚糖酶、纤维素酶、柠檬酸利用、磷与锌溶解、N₂ 固定，以及过氧化氢酶、产氨和淀粉酶等生化特性也有助于土壤培肥。SWA3TU 的多功能特征，包括显著 IAA 产生、养分活化、铁载体分泌、EPS 合成和抗真菌活性，共同促进其在金属固定、ROS 清除和养分动员中的作用，并使接种水稻在无重金属和有重金属胁迫条件下均表现出明显促生效应。在单一 As 和 Pb 胁迫下，SWA3TU 接种可显著恢复叶绿素浓度、改善生物量参数、降低氧化胁迫指标，并抑制整株 As 和 Pb 的积累，同时增强 Aux/IAA 基因表达，从而促进根系发育和胁迫耐受。研究还指出，本试验止于营养生长期，尚未涉及籽粒形成，因此未来将优先开展籽粒金属定量、转运因子分析及田间验证。总体而言，该研究首次报道 B. inaquosorum 作为耐盐 PGPR 用于缓解水稻单一 As 和 Pb 胁迫，显示出作为生态友好型生物接种剂和潜在生物防治因子的应用前景。