根际放线菌联合体通过ACC脱氨酶活性增强番茄耐盐性的机制研究

《BMC Plant Biology》：Rhizosphere-competent actinobacterial consortium alleviates salinity stress in tomato through plant growth-promoting traits and ACC deaminase activity

本研究针对盐胁迫严重制约全球农业生产的突出问题，探讨了从红树林根际分离的根际适应性放线菌联合体通过产生植物生长调节剂(PGRs)和1-氨基环丙烷-1-羧酸脱氨酶(ACCD)来缓解番茄盐胁迫的机制。研究发现，根际适应性放线菌联合体(特别是链霉菌Streptomyces violaceus UAE1和S. levis UAE1)能显著提高番茄在200 mM NaCl胁迫下的生长指标、光合参数和抗氧化酶活性，同时降低内源ACC水平三倍。该研究为开发可持续农业生物接种剂提供了新策略。

　　

在阿联酋等干旱半干旱地区，约34%的农田遭受盐渍化威胁，导致作物减产和土壤退化。番茄作为全球重要经济作物，对盐分极为敏感，在高盐条件下会出现生长受阻、叶片黄化和产量下降等问题。传统化学改良剂不仅成本高昂，还可能加剧环境负担，因此利用有益微生物提高作物耐盐性已成为可持续农业的重要研究方向。

放线菌作为一类具有丰富代谢能力的革兰氏阳性细菌，能够产生植物生长调节剂(PGRs)、溶解磷素、固氮以及合成铁载体等。其中，ACC脱氨酶(ACCD)能降解乙烯前体ACC，降低盐胁迫诱导的乙烯积累，从而缓解生长抑制。然而，微生物能否在根际有效定殖（即根际适应性）直接影响其促生效果，但针对根际适应性放线菌联合体的耐盐机制研究仍较缺乏。

本研究通过温室实验系统评估了根际适应性(RC)与非根际适应性(NRC)放线菌联合体对番茄耐盐性的影响。研究人员从阿联酋阿布扎比红树林根际分离出68株放线菌，筛选出23株耐盐菌株（耐受8% NaCl），并通过根际定殖实验进一步区分RC与NRC菌株。关键菌株Streptomyces violaceus UAE1（编号#36）主要产生植物生长调节剂（如IAA、GA₃、玉米素等），而Streptomyces levis UAE1（编号#53）则具有高ACCD活性（478.64 nmol α-酮丁酸 mg^?1蛋白 h^?1）。实验设置正常与盐胁迫（200 mM NaCl）条件，测定植株形态、生理生化指标及内源激素变化。

研究方法概要

研究采用红树林根际沉积物分离放线菌，通过耐盐性筛选和根际定殖能力评估（采用利福平抗性突变株追踪技术）获得目标菌株。通过高效液相色谱(HPLC)定量植物激素和ACC含量；测定光合参数（净光合速率A_net、叶绿素含量指数CCI）、氧化应激指标（MDA、电解质泄漏）及抗氧化酶活性（POD、CAT、SOD、APX）；利用荧光素二乙酸酯(FDA)水解法定量土壤微生物活性。

研究结果

1. 放线菌联合体显著促进番茄生长并增强耐盐性

在200 mM NaCl胁迫下，RC联合体（#36+#53）处理的番茄植株株高、根长及生物量均显著高于非接种对照和NRC联合体处理。RC联合体使地上部干重增加39.0%，根系干重增加60.0%，且光合参数（A_net和CCI）接近正常水平。单独接种#53虽未显著促进生长，但有效维持了盐胁迫下的光合效率。

net和CCI的影响'>

2. RC放线菌调控离子平衡与氧化应激响应

盐胁迫下，接种#53或RC联合体的植株叶片Na⁺积累量最低，表明其具有离子解毒能力。同时，这些处理显著降低脂质过氧化产物MDA含量和电解质泄漏，并激活抗氧化酶系统。其中，过氧化物酶(POX)和过氧化氢酶(CAT)活性在接种后分别提升57.9%和47.6%，而超氧化物歧化酶(SOD)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)的升高幅度较缓和，说明RC放线菌通过协调抗氧化通路缓解氧化损伤。

3. 内源激素网络的重编程

RC联合体处理显著提升盐胁迫下多胺（腐胺、亚精胺、精胺）、生长素（IAA）、赤霉素（GA₃）和细胞分裂素（玉米素、异戊烯基腺苷）水平，同时将内源ACC含量降低45.8%（图5）。这表明#53通过ACCD活性抑制乙烯合成，而#36通过分泌PGRs协同促进激素平衡，从而增强植株适应性。

3、玉米素和ACC含量变化'>

4. 土壤微生物活性增强

FDA水解实验显示，RC联合体处理的土壤微生物活性显著高于NRC处理（58.72 vs. 46.77 μg FDA g^?1土壤干重），说明根际适应性菌株能改善根际微环境，进一步支持植物健康。

结论与意义

本研究首次揭示了根际适应性放线菌联合体通过“ACC脱氨酶-植物生长调节剂”双途径协同增强番茄耐盐性的机制：Streptomyces levis UAE1通过降解ACC缓解乙烯胁迫，Streptomyces violaceus UAE1通过合成多胺和激素促进生长，二者协同调控离子平衡、抗氧化防御和光合作用。该策略不仅为盐渍土壤作物生产提供了新型生物接种剂方案，也为理解植物-微生物互作提供了理论依据。未来研究需进一步优化菌剂配方并开展田间试验，以推动其在可持续农业中的应用。