Bacillus tequilensis S40接种通过调控根际元素循环和微生物群落结构增强荒漠灌木红砂的耐盐性

本研究针对荒漠盐碱地改良中红砂（Reaumuria soongorica）幼苗耐盐性差的问题，通过接种从红砂根际分离的植物根际促生菌（PGPR）Bacillus tequilensis S40，发现其能重塑根际细菌群落结构，显著提升碳（C）、氮（N）、磷（P）循环功能基因丰度，驱动土壤养分转化，有效缓解NaCl胁迫对红砂生长的抑制，为荒漠灌木培育和盐渍化土壤修复提供了新的微生物策略和科学依据。

　　

在干旱半干旱的西北荒漠地区，土壤盐渍化是制约植被恢复和生态建设的关键因素。红砂（Reaumuria soongorica）作为当地重要的耐盐灌木物种，在防风固沙和维持生态系统稳定性方面发挥着不可替代的作用。然而，红砂在幼苗阶段生长缓慢、存活率低，盐胁迫严重抑制其生长发育。虽然此前研究尝试通过外源施加硫化氢、一氧化氮或脱落酸等物质来缓解盐胁迫，但对于其根际微生物如何响应盐胁迫、以及微生物如何协助植物增强耐盐性的机制仍不清楚。植物根际促生菌（PGPR）被认为是一类能够通过改善根系微环境、促进养分吸收和诱导系统抗性来帮助植物应对生物和非生物胁迫的有益微生物，但以往研究多集中于农作物，对荒漠生态系统中PGPR资源的挖掘和作用机制的探索仍较为缺乏。

本研究以从红砂根际分离出的PGPR菌株——Bacillus tequilensis S40为研究对象，通过盆栽实验，综合运用16S rRNA扩增子测序、定量微生物元素循环（QMEC）芯片技术、土壤理化性质与酶活性分析等手段，系统探究了接种S40对红砂幼苗生长、根际微生物群落结构、C/N/P元素循环功能基因丰度以及土壤环境的影响。

关键技术方法包括：从红砂根际土壤分离筛选PGPR菌株；进行红砂盆栽控制实验，设置对照（CK）、盐胁迫（S）、接种S40（S40）及盐胁迫下接种S40（S40+S）共4组处理；利用16S rRNA基因V4-V5区扩增子测序分析根际细菌群落组成；通过QMEC高通量qPCR芯片定量63个C、N、P循环相关功能基因；测定土壤理化性质（pH、EC、SOM、TC、TN、TP、AP等）和酶活性（UA、SA、APA、CA）。

研究结果如下：

土壤特性：盐胁迫（S组）导致土壤电导率（EC）和pH上升，土壤有机质（SOM）、有效磷（AP）、速效钾（AK）含量及脲酶（UA）活性显著下降，而碱性磷酸酶（APA）和蔗糖酶（SA）活性升高。接种S40（S40+S组）逆转了这一趋势，显著提高了SOM、AP、AK含量和UA、SA、APA活性，降低了EC和过氧化氢酶（CA）活性，改善了土壤肥力。

红砂幼苗生长指标：盐胁迫显著抑制了红砂的株高、总根长和根茎叶生物量。接种S40（S40组）本身即促进红砂生长，而在盐胁迫下接种（S40+S组）则使株高、总根长、根生物量分别比S组提高了13.36%、20.93%和42.33%，茎叶生物量增加一倍以上，各项指标（除株高外）均恢复至对照水平。

根际土壤微生物组成与多样性：根际优势菌门为Proteobacteria、Bacteroidetes和Planctomycetota。盐胁迫下接种S40（S40+S组）显著提高了上述菌门的相对丰度，降低了Acidobacteriota和Chloroflexi的丰度。在属水平，S40+S组中Stenotrophomonas、Planctomicrobium、Pseudomonas、SJA-28等有益菌属丰度显著增加，而Vicinamibacteraceae、MND1、Pirellula等下降。α多样性分析显示S40+S组群落多样性最低，表明S40接种可能招募了特定有益菌群并抑制了盐敏感微生物。NMDS和LEfSe分析进一步证实接种S40显著改变了根际微生物群落结构，并富集了Stenotrophomonas、Flavobacteriales、Devosiaceae等具有潜在促生和耐盐功能的类群。

根际土壤功能基因组成：盐胁迫降低了大多数C、N、P循环功能基因的丰度。接种S40（S40+S组）则显著提高了这些基因的绝对丰度。碳循环中，与淀粉（sga）、半纤维素（abfA, xylA, manB）、木质素（mnp, glx）降解以及碳固定（acsA, smtA, mct, acsE, rbcL, frdA）相关的基因丰度显著上升。氮循环中，涉及尿素水解（ureC）、反硝化（nosZ1, nosZ2, nirK3, nirS1）和有机氮矿化（gdhA）的基因丰度显著提高。磷循环中，与无机磷 solubilization（gcd, pqqC）、有机磷矿化（phoD, phoX, ppx）和磷转运（phnK）相关的基因丰度也明显增加。

土壤特性与菌群及功能基因的关联：Mantel检验表明，红砂生长指标（株高、根茎叶生物量）与SOM、AP、AK、UA呈正相关，与EC、CA负相关。Planctomycetota等菌门与植物生物量、SOM、AP、AK、UA、SA显著正相关。C、N、P循环功能基因与APA等土壤酶活性及养分含量显著相关，表明微生物驱动的元素循环是改善土壤肥力和促进植物生长的关键。

本研究得出结论：Bacillus tequilensis S40通过定植红砂根际，招募有益微生物（如Stenotrophomonas、Pseudomonas等），重塑根际细菌群落结构；通过显著提升C、N、P循环关键功能基因的丰度，驱动土壤养分转化，提高土壤肥力（如SOM、AP、AK含量和UA、APA活性）；从而缓解盐胁迫对红砂生长的抑制，促进其生物量积累，增强耐盐性。该研究不仅为红砂幼苗培育提供了高效的PGPR菌剂资源，也为利用微生物调控根际微环境、缓解土壤盐渍化提供了新的理论和实践依据。