利用耐草甘膦根际细菌提升草甘膦污染土壤中玉米产量与抗氧化能力的研究

本研究针对草甘膦(GLY)污染土壤导致的微生物多样性减少、土壤肥力下降及作物生产力降低等问题，通过分离耐GLY的根际促生菌(PGPR)菌株，系统评估了其在100与200 mg kg-1 GLY胁迫下对玉米生长、生理特性、养分吸收、抗氧化酶活性及GLY残留的缓解效应。结果表明，Enterobacter cloacae、Pseudomonas aeruginosa等5株菌能显著提高叶绿素SPAD值、干物质量及百粒重，降低电解质渗漏与H2O2含量，并增强过氧化物酶(POX)、超氧化物歧化酶(SOD)等抗氧化能力，同时减少植物组织中GLY残留。该研究为GLY污染土壤的微生物修复与可持续农业提供了有效策略。

　　

草甘膦（Glyphosate, GLY）作为一种广泛使用的有机磷除草剂，通过抑制杂草体内5-烯醇丙酮酰莽草酸-3-磷酸合酶（EPSPS）的活性，阻断芳香族氨基酸合成，从而有效控制田间杂草。然而，由于其过度与频繁使用，GLY在土壤中的残留问题日益严重，半衰期可达数月至数年，对土壤微生物群落结构、肥力功能及作物生长产生显著负面影响。更值得注意的是，GLY残留还可通过作物吸收积累于可食部位，进而威胁人畜健康。因此，开发绿色、高效、可持续的方法以缓解GLY污染对农业系统的压力，已成为环境农业领域的重要研究方向。

在这一背景下，利用植物根际促生细菌（Plant Growth-Promoting Rhizobacteria, PGPR）进行生物修复展示出巨大潜力。PGPR能够通过多种机制促进植物生长、提高抗逆性，并降解有机污染物。然而，面对GLY的高残留环境，筛选具有GLY耐受性与降解能力的PGPR菌株，并系统评价其在真实污染土壤-植物系统中的综合效应，仍是一个值得深入研究的课题。

为此，Mohy-Ud-Din等研究人员在《BMC Plant Biology》上发表了一项研究，探讨了11株预先分离的耐GLY细菌在GLY污染土壤中对玉米生长与生理响应的调控效果。研究团队聚焦于这些菌株的植物促生特性，包括产吲哚-3-乙酸（IAA）、合成铁载体、具有ACC脱氨酶活性等，并进一步通过盆栽实验，系统分析它们对玉米生物量、光合色素、养分吸收、抗氧化酶系统及GLY残留的影响。

该研究主要采用了以下关键技术方法：从农药未污染土壤中分离、鉴定耐GLY细菌菌株；通过体外定性实验评估其植物促生特性；在控制条件下的盆栽实验中，设置100与200 mg kg^-1两个GLY污染梯度，接种菌株后分析玉米生长指标、生理参数、养分含量、抗氧化酶活性及GLY在植物各组织的残留量；利用光学密度（OD）法监测菌株在GLY环境下的生长动态；并通过系统发育分析（邻接法，bootstrap=1000）对关键菌株进行分子鉴定。

植物生长与生理响应

研究结果显示，在100 mg kg^-1 GLY胁迫下，接种耐GLY菌株显著改善了玉米的生长发育与生理状态。例如，接种Enterobacter ludwigii (WAG11)使叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量分别提高了2.6倍、2倍和3倍；接种Enterobacter cloacae (WAG5)使SPAD值提高53%。此外，菌株WAG11还显著提高了根与地上部干物质量，分别增加1.5倍和59%，Pseudomonas aeruginosa (WAG9)使百粒重增加26%。这些结果表明，所接种菌株通过分泌生长调节物质（如IAA）与改善营养状态，有效缓解了GLY对玉米的毒性抑制。

养分吸收与抗氧化酶活性

菌株接种还显著提高了玉米对氮、磷、钾的摄取。在100 mg kg^-1 GLy处理中，接种Klebsiella variicola (WAG4)和Enterobacter cloacae (WAG5)使植株氮含量提高2倍，Enterobacter ludwigii (WAG11)处理使磷和钾含量分别提高5倍与2倍。同时，这些菌株诱导了抗氧化酶系统的活性上调，其中过氧化物酶（POX）、多酚氧化酶（PPO）和超氧化物歧化酶（SOD）活性分别提高了1.09倍、1.6倍和1.2倍，而过氧化氢（H₂O₂）含量和电解质泄漏率显著降低，说明菌株接种有效缓解了GLY引发的氧化损伤。

GLY残留与降解能力

研究还发现，接种菌株后玉米根、茎、叶和穗中的GLY残留量显著降低，尤其在200 mg kg^-1的高胁迫条件下，未接种对照组的穗部GLY残留比100 mg kg^-1处理高出80%，而接种处理中几乎未检出残留。结合菌株生长曲线（OD值）分析，Serratia liquefaciens (WAG2)、Klebsiella variicola (WAG4)和Enterobacter ludwigii (WAG11)在含GLY培养基中生长良好，说明这些菌株具有高效的GLY耐受与降解能力。

系统发育与菌株鉴定

通过分子生物学方法对5株表现最优的菌株进行鉴定，并构建系统发育树，确认它们分别为Serratia liquefaciens (MW375469)、Klebsiella variicola (MW375470)、Enterobacter cloacae (MW375471)、Pseudomonas aeruginosa (MW375472)和Enterobacter ludwigii (MW375473)。这些菌株不仅具备多种植物促生特性，还显示出在GLY污染环境下的良好适应性与降解潜力。

该研究充分表明，所筛选的耐GLY根际细菌不仅能够通过降解土壤中的GLY减少其植物吸收与积累，还能通过多种直接与间接机制（包括分泌植物激素、增强抗氧化能力、改善养分利用等）提升玉米在污染环境中的生长表现与抗逆能力。这一研究为利用微生物修复技术实现农业土壤GLY污染治理与作物安全生产提供了理论依据和菌种资源，对推动绿色农业发展具有重要的实践意义。