生物肥料缓解盐胁迫的机制解析：从春小麦生理响应到基因表达调控

《Frontiers in Plant Science》：Biofertilizers mitigate salinity stress: insights from spring wheat physiology and gene expression

本综述系统阐述了复合生物肥料（含Azotobacter chroococcum、Bacillus megaterium和Bacillus circulans）通过调控抗氧化酶系统（SOD/POD/CAT）、渗透调节物质（脯氨酸/甘氨酸甜菜碱）及离子稳态基因（TaHKT1;4/TaNHX2）表达，显著增强春小麦盐胁迫耐受性的多层级机制。研究揭示籽粒+根系双重接种（GRT）策略可协同激活TaSOD2/TaP5CS等关键基因，为作物抗逆栽培提供新思路。

　　

引言

土壤盐渍化是制约小麦生长的关键非生物胁迫因素，特别是在干旱半干旱地区，高盐环境会导致植物水分关系失衡、离子毒害和氧化损伤。利用植物根际促生菌作为生物肥料，已成为缓解盐胁迫的可持续策略。本研究以春小麦品种Yecora Rojo为材料，探究由固氮菌（Azotobacter chroococcum）、解磷菌（Bacillus megaterium）和解钾菌（Bacillus circulans）组成的复合生物肥料在不同盐浓度下对小麦生理特性和基因表达的影响。

材料与方法

实验设计采用三因素随机区组设计，设置4个盐浓度梯度（0/2000/4000/6000 ppm）和3种生物肥料处理：对照组、籽粒接种、籽粒+根系双重接种。盐胁迫从三叶期持续至开花期，通过测定叶绿素含量、细胞膜稳定性、相对含水量等生理指标，脯氨酸、丙二醛等生化指标，以及超氧化物歧化酶等抗氧化酶活性，结合qRT-PCR分析TaSOD2等7个盐响应基因的表达模式。

结果

生理特性显示，盐胁迫导致叶绿素含量显著下降，细胞膜稳定性降低至对照组的60%，相对含水量减少约40%。生物肥料处理特别是双重接种能有效缓解这些损伤，在6000 ppm盐浓度下使叶绿素含量恢复至对照水平的85%。生化分析表明，盐胁迫诱导的脯氨酸和甘氨酸甜菜碱积累在生物肥料处理组下降约30%，而抗氧化酶活性提升1.5-2.3倍。分子层面，双重接种使TaSOD2基因表达量上调4.8倍，TaHKT1;4和TaNHX2等离子转运基因表达同步增强。相关性分析证实抗氧化酶活性与氧化损伤指标呈显著负相关。

讨论

生物肥料通过三重机制增强小麦耐盐性：激活抗氧化防御系统（SOD/POD/CAT），调控渗透调节物质平衡，以及通过TaHKT1;4等基因维持离子稳态。双重接种的协同效应体现在基因表达与生理响应的同步增强，其中TaFER-5B基因对活性氧的清除作用尤为关键。主成分分析显示生物肥料处理组在特征空间中明显聚集，与对照组形成显著分离。

结论

复合生物肥料能通过多层级调控网络增强春小麦盐适应能力，其中籽粒+根系双重接种策略效果最为显著。该研究为开发基于微生物组装的作物抗逆技术提供了理论依据和实践方案。