嗜盐芽孢杆菌通过增强光合性能和代谢重编程促进大麦在石灰性土壤中的生长

为解决石灰性土壤(CS)导致的大麦生长抑制问题，研究人员利用从盐生植物根际分离的嗜盐芽孢杆菌(Bacillus subtilis和B. cereus)开展植物促生菌(PGPR)研究。结果表明，接种菌株显著提升PSII和PSI最大光化学效率，并通过上调糖代谢、氨基酸和苯丙烷类通路逆转CS对代谢的负面影响。该研究为利用本土微生物修复贫瘠土壤提供了新策略。

　　

在21世纪全球人口激增与耕地退化的双重压力下，如何提升贫瘠土壤的作物产量成为重大挑战。石灰性土壤(Calcareous Soil, CS)占地球表面积的30%，其高CaCO₃
含量导致营养元素固定、pH值升高，引发植物缺铁性黄化与生长迟缓。这一问题在突尼斯等干旱地区尤为突出，传统改良方法成本高昂且不可持续。

突尼斯生物技术研究中心极端环境植物实验室的Tarek Slatni团队联合西班牙CEBAS-CSIC研究所，在《Journal of Plant Physiology》发表研究，探索了从盐生植物根际分离的两种嗜盐芽孢杆菌——枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis, S1)和蜡样芽孢杆菌(B. cereus, S2)对CS中大麦生长的促进作用。研究通过光合参数测定、代谢组学分析等技术，首次揭示了这类微生物通过"光合-代谢"双途径调控缓解CS胁迫的机制。

关键技术包括：1) 从突尼斯盐生植物根际分离鉴定S1/S2菌株；2) 设置石灰性土壤(CS)与非石灰性土壤(NCS)对照；3) 叶绿素荧光技术测定PSII和PSI光化学效率(F_v
/F_m
和P700⁺
)；4) 基于LC-MS的叶片/根系代谢组学通路分析。

【植物生长】
CS使大麦整株生物量降低36%，而S1+S2复合接种使生物量提升48%。单菌接种中，S2效果优于S1，表明菌株协同作用具有特异性。

【光合性能】
接种菌株显著提升PSII最大量子产量(F_v
/F_m
)和PSI氧化态P700⁺
含量，光系统抗光抑制能力增强。这与代谢组学发现的糖类代谢通路上调直接相关。

【代谢重编程】
CS导致叶片糖类、氨基酸及根系苯丙烷类、脂质代谢物含量下降。接种后：

1. 叶片中蔗糖-海藻糖代谢通路激活，为光合作用提供底物；
2. 根系苯丙烷类(木质素前体)和膜脂含量恢复，改善细胞结构稳定性。

【讨论与结论】
该研究首次证实嗜盐PGPR可通过"光合-代谢"双途径调控缓解CS胁迫：

1. 光合层面：增强PSII/PSI协调性，打破CS导致的光能转化瓶颈；
2. 代谢层面：重编程碳氮分配，逆转CS对糖类和次级代谢的抑制。

研究意义在于：

1. 为利用本土微生物资源改良CS提供了菌种库(S1/S2)；
2. 提出"光合-代谢耦合调控"新机制，超越传统营养活化理论；
3. 突尼斯盐生植物根际微生物的独特适应性，为极端环境农业提供新思路。

作者团队特别指出，S2菌株在单接种中的优异表现可能与其更强的ACC脱氨酶活性有关，该酶可降解植物应激乙烯前体。未来研究将聚焦菌株组合优化及其在田间条件下的稳定性验证。