根瘤相关细菌增强扁豆非生物胁迫耐受性：盐旱胁迫下的生理与分子机制研究

本研究针对气候变化引发的盐碱与干旱胁迫问题，探讨了根瘤相关细菌对扁豆（Lablab purpureus）生长及胁迫耐受性的调控作用。通过接种3种耐盐菌株（CJND1、LN1RA、LN3BA），系统分析了植株生物量、光合色素、离子稳态、渗透调节物质及抗氧化酶活性等51项指标。结果表明，菌株可通过促进根系发育、调节离子吸收（Na+/K+平衡）及激活抗氧化系统（如GR酶）增强扁豆在250 mM NaCl和限水条件下的适应性，为利用微生物增效作物抗逆性提供了理论依据。

　　

气候变化正对全球农业构成严峻挑战，尤其是盐碱化和干旱等非生物胁迫，严重制约作物生产力并威胁粮食安全。据统计，全球约6%的土地遭受盐渍化影响，而到2050年，超过50%的灌溉耕地可能面临盐碱或极端干旱问题。在这些胁迫下，植物会经历渗透失衡、离子毒害和氧化损伤等多重生理障碍。面对这一背景，挖掘耐逆作物种质资源并开发基于微生物的生态友好型增效策略，成为农业可持续发展的重要方向。

扁豆（Lablab purpureus）作为一种多功能豆科作物，因其较高的营养价值和较强的抗旱性而受到关注，但其在盐碱胁迫下的响应机制及与根际微生物的互作仍缺乏系统研究。值得注意的是，豆科植物可与根瘤菌形成共生关系，通过固氮作用减少对化学肥料的依赖，而根瘤中还存在许多非根瘤菌内生细菌（non-rhizobial endophytes），它们可能通过产生植物激素、溶解磷酸盐、合成铁载体或表达ACC脱氨酶等方式增强植物抗逆性。然而，这些细菌在扁豆抵御盐旱胁迫中的具体作用尚不明确。

为此，研究人员从地中海两种生态系统的根瘤中分离出9株细菌，并筛选出3株耐盐性较强的菌株：CJND1（Agrobacterium sp.）、LN1RA（Rhizobium rosettiformans）和LN3BA（Agrobacterium tumefaciens）。他们将扁豆种子灭菌发芽后，分别接种这些菌株，并设置4种处理：对照组（正常浇水）、100 mM NaCl、250 mM NaCl和水分胁迫（限水灌溉）。在处理17天后，系统测定了植株生长指标、光合色素、离子含量（Na⁺、Cl^-、K⁺、Ca²⁺）、渗透调节物质（脯氨酸PRO、总可溶性糖TSS、甘氨酸甜菜碱GB）以及氧化应激标志物（丙二醛MDA、过氧化氢H₂O₂）和抗氧化酶活性（CAT、APx、GR、SOD）。

关键技术方法包括：从地中海植物根瘤中分离细菌并通过16S rRNA测序进行鉴定；采用酵母提取甘露醇培养基（YEMA）进行菌株耐盐性筛选；使用WinRHIZO系统分析根系形态；通过分光光度法测定光合色素、离子含量、渗透调节物质及抗氧化酶活性；数据采用Kruskal-Wallis检验和聚类分析（ClustVis平台）进行统计处理。

研究结果如下：

3.1. 根瘤细菌多样性

从Lotus creticus、Coronilla juncea和Securigera varia的根瘤中分离出的9株细菌经鉴定主要属于Agrobacterium和Rhizobium属。其中CJND1和LN3BA在500 mM NaCl下仍保持较高存活率，而LN1RA在400 mM NaCl下表现最佳。

3.2. 菌株对植株生物量与胁迫标志物的影响

接种菌株显著影响了根长、根表面积、根体积和叶面积。LN1RA提高了叶绿素a/b比，CJND1促进了根长，而LN3BA增加了根直径和体积。盐胁迫下，根中Na⁺和Ca²⁺积累增加，但向地上部的转运受限；水分胁迫则激活了 glutathione reductase（GR）。

3.3. 胁迫处理对植株的影响

盐胁迫（尤其是250 mM NaCl）导致生物量减少、脯氨酸积累以及Na⁺和Cl^-在根中显著富集。水分胁迫下根系变短、含水量下降，但GR活性显著上升。光合色素在盐胁迫下减少，而水分胁迫下保持相对稳定。

3.4. 菌株与处理的交互效应

LN1RA在水分胁迫下显著提高了结瘤数量；LN3BA在250 mM NaCl下增加了根中K⁺浓度；CJND1则降低了叶片中Cl^-积累。聚类分析显示，菌株CJND1和LN3BA在促进根系性状方面表现相似，而LN1RA更利于维持叶片生理功能。

3.5. 氧化应激与抗氧化响应

盐胁迫和水分胁迫均未引起MDA和H_{22的显著变化，但GR活性在水分胁迫下明显升高。酚类和黄酮类抗氧化物质含量在不同处理间无显著差异，表明扁豆可能主要通过酶促系统抵御氧化损伤。}

研究表明，扁豆对中度盐胁迫（100 mM NaCl）具有一定耐受性，但在250 mM NaCl下生长显著受限。水分胁迫则更直接地抑制根系发育和水分吸收。接种根瘤相关细菌可通过物种特异性方式改善扁豆的胁迫响应：LN1RA增强结瘤和叶绿素稳定性，CJND1促进根系扩展，LN3BA改善离子稳态。这些细菌可能通过调节植物激素信号、离子运输和抗氧化机制增强扁豆的抗逆能力。

该研究不仅揭示了扁豆在盐旱胁迫下的生理适应机制，还证明了利用本地根瘤相关细菌作为生物刺激剂（biostimulants）的潜力，为地中海地区推广耐逆作物和减少农业化学品投入提供了实践依据。未来研究需进一步验证这些菌株的田间效应，并探索其分子机制，如通过转录组或代谢组学分析细菌调控的胁迫响应通路。

论文发表于《Plant Stress》，强调了微生物-植物互作在应对气候变化中的重要性，为可持续农业提供了新的解决方案。