盐生植物源库什neria菌通过增强根际动态提升白菜耐盐性的机制研究

本研究发现从盐生植物Suaeda maritima分离的两种高度耐盐库什neria菌株（K. konosiri和K. marisflavi）能通过产生IAA、脯氨酸和胞外多糖等物质，显著提升拟南芥和白菜在盐胁迫下的生长能力。双菌株复合接种（Kkm）可协同增强生物膜形成，重塑根际微生物群落（如富集Bacillus属），并改善离子稳态（K+/Na+比值）和抗氧化酶活性（SOD、POD），为盐渍化农田的微生物修复提供新策略。

　　

ABSTRACT

盐生植物携带的耐盐细菌可增强植物对盐分的适应能力。本研究从盐生植物Suaeda maritima中分离出两种高度耐盐的库什neria菌株：K. konosiri（Kk）和K. marisflavi（Km）。两种菌株均能耐受高达25%的NaCl，并通过产生吲哚-3-乙酸（IAA）、脯氨酸和胞外多糖（EPS）缓解渗透胁迫，促进盐胁迫下拟南芥的生长。接种Kk或Km可增加地上部和根部生物量，降低细胞内Na⁺和活性氧（ROS）水平。进一步在白菜（Brassica rapa）中验证其农业潜力时发现，双菌株复合接种（Kkm）效果更优，地上部鲜重和干重分别提高1.26倍和1.19倍（相较于Kk），同时改善K⁺/Na⁺比值和脯氨酸积累。微生物群落分析表明，Kkm处理可富集根际Bacillus菌并促进生物膜形成。本研究证实库什neria菌株作为耐盐植物促生菌（St-PGPB），通过增强离子稳态、应激防护和根际重构提升作物耐盐性。

1 引言

盐胁迫破坏植物水分吸收、营养吸收及生理功能，导致生长受阻、黄化和减产。盐渍化农田的扩张使得提高作物耐盐性成为迫切需求。盐生植物具有独特的耐盐生理机制，其根际微生物群落与耐盐性密切相关。近年来，从盐生植物中分离的耐盐细菌（如Bacillus和Pseudomonas）已被证明能通过产生IAA、渗透调节物质和激活抗氧化酶系统（SOD、POD、CAT、APX）增强作物耐盐性。

库什neria菌作为极端嗜盐菌，在植物-微生物互作中表现出植物促生潜力，但其与Bacillus的协同作用及生物膜形成机制尚不明确。本研究首次揭示库什neria双菌株复合接种（Kkm）通过促进Bacillus相关生物膜发育，重构根际微生物群落，从而提升植物在盐渍土壤中的适应性。

2 结果

2.1 盐生植物内生耐盐菌的分离与鉴定

从韩国新万金海岸的Suaeda maritima中分离出96株细菌，其中库什neria属占比最高（40.6%），以K. konosiri（25.0%）和K. marisflavi（15.6%）为主。盐耐受实验显示两者均可耐受25% NaCl，但复合菌群（Kkm）在20%–25% NaCl下未表现出更强耐盐性。

2.2 库什neria菌株的生化特性与盐耐受性

随盐浓度升高，单菌株的IAA和脯氨酸产量下降，而Kkm能延缓该趋势，并在3% NaCl下维持最高脯氨酸含量。Kkm在3%–9% NaCl下显著增强生物膜形成和EPS产量，同时提高磷酸盐溶解性和铁载体产量。生长曲线分析显示Kkm在3%–6% NaCl下具有协同生长优势。

2.3 库什neria菌株增强拟南芥盐胁迫下生长

在100 mM NaCl胁迫下，Kk、Km和Kkm处理的拟南芥莲座直径分别达1.45、1.49和1.47 cm（对照为0.65 cm）。接种菌株显著增加地上部和根部鲜重，并提高叶绿素含量。DR5::GUS染色显示Kkm处理增强根尖IAA积累。主成分分析（PCA）表明接种菌株通过改善离子平衡和抗氧化能力缓解盐胁迫。

2.4 库什neria菌株降低拟南芥Na⁺和ROS积累

CoroNa Green染色显示接种菌株显著降低根尖Na⁺荧光强度，提高K⁺/Na⁺比值。DCFH-DA检测表明菌株处理降低ROS水平和丙二醛（MDA）含量，同时提升过氧化物酶（POD）和超氧化物歧化酶（SOD）活性。Kkm处理诱导最高脯氨酸积累。

2.5 库什neria菌株调控盐胁迫响应基因表达

qRT-PCR分析发现盐胁迫基因（RD29A、RD20、KIN1）在接种菌株的拟南芥中表达延迟且减弱，表明菌株调控植物应激感知机制。

2.6 库什neria接种缓解土壤栽培白菜盐胁迫

在白菜实验中，Kkm处理在盐胁迫下保持最高地上部鲜重（4.08 g/plant）和根重（176.25 mg/plant），显著改善叶绿素含量和水分状态。离子平衡分析显示Kkm处理组Na⁺含量最低（20.53 mg/g DW），K⁺/Na⁺比值最高（1.49）。抗氧化酶活性和脯氨酸积累亦以Kkm组最优。

2.7 根际微生物群落动态变化

α多样性分析表明Kkm处理在盐胁迫下降低香农指数和物种丰富度，但富集特定菌群。β多样性分析显示Kkm-SA样本独立聚类，根际微生物群落结构显著改变。

2.8 根际微生物群落组成与结构演变

Venn图显示Kkm处理在盐胁迫下独特富集Bacillus和Kushneria属。线性判别分析（LDA）确认Bacillus为Kkm-SA关键标志菌属。冗余分析（RDA）表明Bacillus丰度与SOD、POD活性和叶绿素含量正相关。

2.9 库什neria与Bacillus的协同作用

共培养实验显示Kkm与Bacillus subtilis（Bs）协同增强生物膜形成，尤其在3% NaCl下效果显著。扫描电镜（SEM）显示Kkm+Bs组胞外基质大量积累。qRT-PCR证实Kkm上调Bs生物膜基因tapA和epsA表达。菌株直接接触是协同作用的关键。

3 讨论

库什neria菌株通过多重机制增强植物耐盐性：提高IAA和脯氨酸产量、激活抗氧化系统、调控离子稳态，并通过协同Bacillus增强生物膜形成以重塑根际微环境。Kkm复合接种在土壤环境中展现出比单菌株更显著的协同效应，为盐渍土壤微生物修复提供新思路。

4 材料与方法

详细描述了菌株分离、分子鉴定、生理生化测定、植物培养、微生物群落测序（16S rRNA V3–V4区）及生物膜实验方法。统计分析采用GraphPad Prism 9完成。