《Scientific Reports》：Foliar spraying of Bradyrhizobium and Anabaena improve stress tolerance under deficit irrigation of Cowpea
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水分亏缺是限制豇豆（Vigna unguiculata）生产力的最显著因素之一，亟需可持续策略以提高作物对干旱胁迫的耐受性。本研究探讨了在不同灌溉间隔下，叶面施用慢生根瘤菌（Bradyrhizobium）和鱼腥藻（Anabaena）对豇豆生长、生理性能及生产力
水分亏缺是限制豇豆（Vigna unguiculata）生产力的最显著因素之一，亟需可持续策略以提高作物对干旱胁迫的耐受性。本研究探讨了在不同灌溉间隔下，叶面施用慢生根瘤菌（Bradyrhizobium）和鱼腥藻（Anabaena）对豇豆生长、生理性能及生产力的影响。在15天灌溉间隔（水分胁迫条件）下，与未处理的胁迫对照相比，慢生根瘤菌与鱼腥藻联合处理使总种子产量提高了30%以上。这证实了该复合菌剂在有限灌溉条件下增强抗旱性及生产力的显著作用。研究人员通过rpoC1基因序列分析将所用鱼腥藻鉴定为柱孢鱼腥藻（Anabaena cylindrica）。采用高效液相色谱（HPLC）定量了A. cylindrica的植物激素含量，并通过气相色谱-质谱联用（GC-MS）检测了Bradyrhizobium sp.和A. cylindrica中的生物活性化合物。研究评估了根瘤数、叶片氮（N）、钾（K）、钠（Na）含量、K/Na比、叶绿素、类胡萝卜素、总可溶性糖（TSS）、相对含水量（RWC）、脯氨酸浓度、抗氧化酶（APX和CAT）以及土壤酶活性（脱氢酶和脲酶），同时考察了产量构成因子和总种子产量。结果表明，与胁迫对照相比，复合处理显著提高了叶绿素、类胡萝卜素、TSS和RWC，同时降低了脯氨酸积累。该处理还增加了根瘤形成，促进了氮和钾的吸收，减少了钠积累，并改善了K/Na比。它刺激了叶片中的CAT和APX活性，增强了土壤酶活性，从而在干旱胁迫下改善了产量构成因子及整体生产力。这些发现凸显了将慢生根瘤菌与柱孢鱼腥藻结合使用作为一种环保且可持续的生物刺激策略，能够在水分有限的条件下增强豇豆生产力及抗旱韧性。
论文解读：叶面喷施Bradyrhizobium与Anabaena提高亏缺灌溉下豇豆的胁迫耐受性
研究背景与意义
豇豆（Vigna unguiculata L.）是重要的食用豆类，具有高蛋白质含量和经济价值。然而，其生产力在缺水环境下极为脆弱，尤其是亏缺灌溉（延长灌溉间隔）会抑制生长、生理发育及产量。全球气候变化、水资源竞争加剧及蒸散量上升使干旱胁迫成为农业可持续发展的重大挑战。水分亏缺破坏植物水分关系、光合作用和养分吸收，增加活性氧（ROS）水平，导致减产。因此，寻找可靠且环境友好的策略以提升有限供水下的作物耐受性成为可持续农业的优先方向。微生物生物刺激剂（如植物根际促生细菌PGPR和蓝藻）能通过增强养分获取、刺激植物激素合成及激活抗氧化防御系统来提高抗旱性。Bradyrhizobium sp.可与豆科植物共生固氮，并产生调节根形态建成和胁迫耐受的激素与有机酸；Anabaena sp.具固氮、溶磷及产植物激素、抗氧化物、氨基酸和酚类化合物的多重功能，其中柱孢鱼腥藻（Anabaena cylindrica）生物质可改善水分关系与光合速率。虽然根际施用微生物研究较多，但叶面喷施Bradyrhizobium与Anabaena复合制剂在豇豆亏缺灌溉下的协同机制尚不清楚。研究人员假设二者联合叶面施用可通过改善水分关系、光合效率、养分平衡和抗氧化能力增强豇豆耐旱性并提高产量。论文发表于《Scientific Reports》。
主要关键技术方法
研究在埃及Sakha农业研究站于2022和2023年夏季进行田间试验。采用裂区设计（3重复），主区为灌溉间隔（10、15、18天），副区为叶面处理：清水对照、Bradyrhizobium sp.提取液（1:100）、Anabaena cylindrica提取液（1:100）、二者1:1混合液（1:100）。供试豇豆品种为Kafr El-Sheikh 1。关键方法包括：通过rpoC1基因条形码鉴定Anabaena（PCR扩增与测序，比对NCBI BLAST）；HPLC测定A. cylindrica中细胞激动素、赤霉素、IAA及脱落酸；GC-MS分析Bradyrhizobium和A. cylindrica甲醇提取物中的生物活性化合物；在50天苗龄测定根瘤数及干重、光合色素（Lichtenthaler法）、总可溶性糖TSS、叶片相对含水量RLWC、脯氨酸、抗氧化酶（APX按Nakano & Asada法、CAT按Rao等法）；土壤脱氢酶DHA与脲酶活性；叶片N（微量凯氏定氮）、K、Na及K/Na（火焰光度法）；成熟期测单株荚数、百粒重和产量。数据统计采用混合模型ANOVA与Duncan多重比较（p<0.05）。
研究结果
Identification of AE_3 by rpoC1 gene analysis
通过对Anabaena分离株AE_3的rpoC1基因扩增、测序及系统发育分析，BLAST比对显示其与Anabaena cylindrica相似度达96.04%，系统树聚为一支，确认其为柱孢鱼腥藻。
GC–MS analysis of metabolites produced by Bradyrhizobium and Anabaena
GC-MS分析显示，Bradyrhizobium粗提物含甲酸（36.35%）、抗坏血酸-2,6-二棕榈酸酯（5.68%）、3,5-二甲基苯甲酸甲酯（3.31%）等；A. cylindrica提取物富含十六烷酸（7.09%）、邻苯二甲酸（3.72%）、亚油酸异丙酯（3.11%）、顺式 vaccenic酸（0.59%）、顺式-13-二十碳烯酸（0.3%）等。此为甲醇提取物的组分，不完全对等于田间叶面用的水提液。
Plant growth substances of Anabaena cylindrica
HPLC定量表明，A. cylindrica 15天培养物含赤霉素GA（6.10 μg/g）、细胞激动素CK（13.23 μg/g）、生长素Auxin（9.06 μg/g）及脱落酸ABA（7.25 μg/g），证明其产植物激素能力。
Effect of foliar spraying with Bradyrhizobium and Anabaena on physiological and biochemical properties of cowpea under irrigation intervals
灌溉间隔、叶面处理及其互作显著（p<0.05）影响两季豇豆叶片总叶绿素、类胡萝卜素、TSS、RWC和脯氨酸。最长间隔（18天，T3）最低叶绿素、类胡萝卜素、TSS与RWC，最高脯氨酸（~9.16–9.25 μmol/g FW），反映水分胁迫。复合菌剂（T12，18天+ consortium）较胁迫对照提升RWC、色素并降脯氨酸；10天灌溉+ consortium（T10）最高叶绿素（21.14–22.36 mg/g FW）、类胡萝卜素（2.49–2.56 mg/g FW）、TSS（7.72–7.81 μg/g FW）和RWC（78.62%–81.32%）。单一或复合菌处理均缓解胁迫，复合效果最强。
Effect of foliar application with Bradyrhizobium and Anabaena on the number and dry weight of cowpea nodules under irrigation intervals
根瘤数与干重在长间隔下下降，但Anabaena及复合处理维持较高水平，复合处理最高，表明Anabaena与Bradyrhizobium协同促结瘤与固氮效率，且在不同水分下稳定。
Effect of foliar application with Bradyrhizobium and Anabaena on N, K, Na and K/Na % in cowpea leaves
水分亏缺（15、18天）降叶N、K，升Na，K/Na比降。菌处理尤其复合菌提升叶N、K，减Na积累，提K/Na比；两季趋势一致，利于渗透调节与离子稳态。
Effect of foliar application with Bradyrhizobium and Anabaena on the activities of catalase (CAT) and ascorbate peroxidase (APX)
适水（10天）下CAT、APX较低（低氧化应激）；亏缺（18天）显著升二者活性以清除ROS。菌处理进一步上调，复合菌最强，Anabaena次之，对照最低，表明菌剂增强抗氧化防御。
Effect of foliar spraying with Bradyrhizobium and Anabaena on dehydrogenase (DHA) and urease enzyme activities
根际土壤脱氢酶DHA与脲酶随灌溉间隔延长而降（18天最低）。菌剂部分缓解此下降，复合菌+10天灌溉最高，说明菌剂通过分泌物刺激土壤微生物活性和氮转化。
Effect of foliar spraying with Bradyrhizobium and Anabaena on yield, 100-seed weight, and number of pods
10天灌溉最高产量及构成；15、18天显著降单株荚数、百粒重和产量。菌剂缓解减产，复合菌最优：15天间隔下较对照增产约33%，18天间隔增超23%。单一菌也有改善，复合协同更强。
讨论总结
研究表明，叶面施Bradyrhizobium sp.与Anabaena cylindrica（单或复配）显著改善亏缺灌溉下豇豆生长、生理与产量。长间隔（15、18天）致水分胁迫，降色素、TSS、RWC，升脯氨酸；菌处理尤其是复合菌逆转此趋势，提光合参数、渗透调节与水分状况。GC-MS与HPLC揭示菌产生长素、细胞分裂素、赤霉素、ABA及抗氧化物，可能介导上述耐旱效应。复合菌促根瘤数及干重，或与分泌有机物、激素、维生素有关，增强共生固氮。叶N、K升及Na降（高K/Na）改善气孔调控与离子毒害。复合菌提CAT、APX清除ROS；缓减土壤DHA与脲酶受旱抑制，活化根际。产量构件提升源于改根构、养分/水吸收、固氮及花/籽调控。局限为单点、单品种及未测叶际定殖；需多环境验证。总之，Bradyrhizobium与A. cylindrica复合叶面施用是提升豇豆抗旱与生产力的环保策略。
结论部分翻译
本研究表明，叶面施用慢生根瘤菌（Bradyrhizobium sp.）与柱孢鱼腥藻（Anabaena cylindrica）复合制剂可改善水分亏缺下豇豆的生长、性能及生产力。联合处理提高了叶绿素与类胡萝卜素含量、总可溶性糖及相对含水量，并在延长灌溉间隔下显著降低脯氨酸积累，表明干旱诱导的胁迫得到缓解。复合处理下土壤脲酶、脱氢酶、CAT和APX活性更高，意味着土壤生物活性与抗氧化防御响应增强。此外，该处理提升了叶氮与钾含量，减少钠积累，促进根瘤形成与干物质积累。即便在延长灌溉间隔（15和18天）下，复合处理仍维持较高K/Na比及豇豆产量构成（荚数、百粒重、公顷产量）。结果证明，整合Bradyrhizobium与A. cylindrica有助于提高水肥利用效率，增强豇豆在中等水分胁迫下的表现。建议进一步评估该微生物复合制剂的经济可行性与多样田块规模下的表现。
