耐盐的植物生长促进相关菌（PGPRs）通过差异表达与盐胁迫相关的基因以及调节Na+/K+平衡来减轻玉米的盐胁迫

《South African Journal of Botany》：Halotolerant PGPRs attenuate salinity stress in maize through differential expression of stress-related genes and regulated Na+/K+ homeostasis

耐盐微生物筛选及玉米生理响应研究：从盐渍化土壤分离出Bacillus pumilus PB4和Stenotrophomonas maltophilia NS1，证实其通过调节Na+/K+平衡、增强光合效率及抗氧化活性，显著缓解盐胁迫对玉米生长的影响，分子层面验证RBCL、APX基因上调及NCED基因下调的协同机制，为可持续农业提供新策略。

　　土壤盐碱化是全球土地退化的主要驱动因素之一，对粮食安全、农业生产和环境可持续性构成了严重威胁。近年来，随着气候变化和人口增长，这一问题愈发严峻，尤其是在干旱和半干旱地区。根据相关研究，目前全球超过6%的可耕地受到了不同程度的盐碱化影响，预计到2050年，这一比例将上升至50%。在巴基斯坦，由于灌溉水资源不足、不合理的灌溉方式以及不可预测的气候事件，土壤盐碱化问题尤为突出。据估计，盐碱化已经破坏了约450万公顷的耕地，导致主要粮食作物产量在过去十年中下降了25%。因此，如何有效应对盐碱化问题，保护农业生产，成为当前农业科学领域亟需解决的重要课题。

在农业生产中，盐碱化对植物的生长发育造成了一系列负面影响。高盐分含量会阻碍植物对水分和养分的吸收，从而影响其正常的生长过程，包括种子萌发、营养生长和生殖发育。此外，盐碱化还会破坏植物的生物化学和分子功能，如抑制酶活性、导致细胞膜不稳定、影响蛋白质合成、降低光合作用和呼吸速率、加速叶片衰老以及损害细胞完整性。这些变化最终导致作物产量和质量的显著下降，影响粮食安全和农业可持续性。因此，开发能够适应高盐环境的植物品种，或者寻找有效的土壤改良方法，成为农业研究的重要方向。

植物生长促进根际细菌（PGPR）作为一种重要的生物技术手段，被广泛应用于农业领域。这些细菌能够与植物形成互利共生关系，通过多种直接和间接机制促进植物的生长。PGPR不仅可以提高植物的养分吸收能力，还能增强其对非生物胁迫的耐受性。例如，一些PGPR具有盐分耐受性，能够在高盐环境中存活并发挥功能。通过调节植物体内的钠离子（Na?）和钾离子（K?）平衡，PGPR可以减轻盐碱化对植物造成的伤害。此外，PGPR还能通过提高光合作效率、促进叶气交换、清除自由基以及合成渗透保护物质，增强植物的抗逆能力。这些机制为微生物在农业中的应用提供了新的思路。

本研究的主要目标是筛选具有盐分耐受性和植物生长促进功能的本土微生物资源，并评估这些微生物对玉米在不同盐碱化水平下的生长和生理表现的影响。研究中选取了两种最有效的盐分耐受性PGPR——PB4和NS1，并对它们的生理、生化和分子响应进行了系统分析。研究结果显示，这两种细菌在正常和盐碱条件下都能显著提高玉米的生物量。此外，它们还能通过调节光合作效率、叶气交换、清除自由基以及合成渗透保护物质，增强玉米的抗逆能力。在分子层面，PB4和NS1能够上调与盐碱胁迫相关的RBCL和APX基因的表达，同时下调NCED基因的表达。这种基因表达调控能力为微生物在盐碱胁迫下的作用机制提供了新的见解。

PB4和NS1的生理和生化特性也显示出它们在促进植物生长方面的潜力。通过16S rDNA序列分析，这两种细菌被鉴定为*Bacillus pumilus*和*Stenotrophomonas maltophilia*。它们均表现出磷溶解、过氧化氢酶活性、生长素（IAA）合成、淀粉水解、硝酸盐还原、柠檬酸利用和尿素酶活性等有益特性。其中，PB4在不依赖色氨酸的生长素合成方面表现出更高的能力，而NS1则在酸性氨基转移酶（ACC deaminase）活性和最低抑制浓度（MIC）方面具有优势。这些不同的特性可能在不同盐碱条件下发挥不同的作用，从而支持两种细菌在相同盐碱胁迫水平下的动态表现。

在讨论部分，研究指出土壤盐碱化不仅是一个生态挑战，更是全球粮食安全和农业可持续性的重要问题。尽管可持续发展目标（SDGs）强调了对陆地生态系统的保护和恢复，但土地退化过程与生物物理条件的紧密联系，以及人类活动的加剧，使得这些土地资源面临更大的威胁。因此，寻找有效的微生物干预手段，以减轻盐碱化对农业的影响，成为当前研究的重要方向。PGPR在这一领域展现出巨大的潜力，它们不仅能促进植物的生长，还能增强其对非生物胁迫的耐受性，为农业可持续发展提供新的解决方案。

此外，研究还指出，尽管已经分离出许多有益的PGPR，但关于它们如何改善植物生长和抗逆性的研究仍较为有限。PGPR与植物的相互作用能够引发基因表达和代谢途径的广泛变化，为理解植物-微生物相互作用的调控机制提供了重要线索。然而，不同细菌株系在促进植物生长方面可能具有不同的特性，因此需要进一步研究它们在不同环境条件下的表现。同时，PGPR在特定土壤条件下的有效作用，也取决于其与宿主植物的相互作用方式，这为未来研究提供了新的方向。

在研究的局限性部分，研究者指出当前研究主要在盆栽实验中进行，使用纯培养物作为细菌接种物，遵循种子处理方法。这种方法虽然能够提供一定的实验数据，但可能无法完全模拟自然环境中的复杂条件。因此，未来的研究可以考虑在田间条件下进行，以评估这些细菌在实际农业生产中的应用效果。此外，研究还指出，将两种细菌作为菌群使用，可能会导致不同的植物反应，从而形成协同或拮抗作用。这种协同作用的潜力值得进一步探索，以提高微生物在农业中的应用效果。

研究的结论部分指出，PB4和NS1在不同生理和生化特性上表现出各自的优劣。例如，PB4在磷溶解、生长素合成、铁载体和生物膜形成方面表现更为突出，而NS1在酸性氨基转移酶活性和最低抑制浓度方面具有优势。这种不同的特性组合可能在不同盐碱条件下发挥不同的作用，从而支持两种细菌在相同盐碱胁迫水平下的动态表现。因此，研究者认为，通过整合多种微生物资源，可以更全面地提高作物对盐碱胁迫的耐受性，为农业可持续发展提供新的策略。

综上所述，本研究通过筛选和鉴定具有盐分耐受性和植物生长促进功能的本土微生物资源，为缓解盐碱化对农业的影响提供了新的思路。PB4和NS1在不同盐碱条件下均表现出显著的促进作用，通过调节植物体内的离子平衡和基因表达，增强其抗逆能力。这些发现不仅丰富了对微生物在农业中的作用机制的理解，也为未来研究提供了新的方向。随着对微生物应用的深入研究，有望开发出更加高效和环保的农业解决方案，以应对日益严峻的盐碱化问题。