内生促生菌Pantoea sp. YSD J2通过调控生理代谢与离子稳态增强虎坚果盐胁迫耐受性的机制研究

《Journal of Soil Science and Plant Nutrition》：The Application of the Plant Growth-Promoting Endophyte Pantoea Sp. YSD J2 Alleviates the Salt Stress of Cyperus Esculentus L. Var Sativus

本研究针对土壤盐渍化制约作物生产的难题，探讨了植物内生促生菌（PGPE）Pantoea sp. YSD J2在虎坚果（Cyperus esculentus L. var. sativus）盐胁迫缓解中的作用。通过体外盐耐受性分析、根际定殖实验及盆栽试验，发现YSD J2能分泌IAA、EPS、铁载体等促生物质，显著提升虎坚果生物量、叶绿素含量、抗氧化酶活性（POD、SOD、CAT）及渗透调节物质（脯氨酸、可溶性糖蛋白），同时降低MDA积累并优化K+/Na+比率。该菌株通过多重协同机制增强植物耐盐性，为盐渍土壤农业可持续生产提供了新型微生物资源。

　　

随着气候变化加剧，土壤盐渍化已成为全球农业生产的严峻挑战。目前，全球超过8.33亿公顷土地受盐分威胁，导致作物生长受阻、生理代谢紊乱。传统应对策略如施用化肥或选育耐盐作物存在局限性，无法从根本上改善土壤质量。在这一背景下，植物内生促生菌（PGPE）因其能够直接定殖植物组织、增强养分吸收、诱导系统抗性而备受关注。虎坚果作为营养丰富的经济作物，其耐盐机制研究尚属空白。此前，研究人员从虎坚果茎部分离出内生菌Pantoea sp. YSD J2，但其在盐胁迫下的功能潜力未被揭示。本研究通过多维度实验，系统解析了YSD J2如何通过生理代谢与离子平衡调控，帮助虎坚果在盐渍环境中“逆势生长”。

本研究主要采用以下关键技术方法：通过体外盐耐受性实验评估菌株在170–3000 mM NaCl下的生长及促生特性；利用透射电镜观察菌体形态变化；通过盆栽实验（0/300/500 mM NaCl处理）分析YSD J2对虎坚果生长、光合色素、抗氧化酶活性（POD、SOD、CAT）、渗透物质（脯氨酸、可溶性糖蛋白）及离子含量（Na⁺、K⁺、Ca²⁺）的影响；结合主成分分析（PCA）和聚类分析整合生理响应数据。实验样本为虎坚果品种“中油莎1号”，取自上海交通大学试验田。

3.1 YSD J2的体外PGP特性及盐适应策略

YSD J2在500 mM NaCl下表现出最优的促生特性，IAA产量达23.23 μg mL^?1，EPS产量为29.76 mg mL^?1。透射电镜显示，菌体在≤500 mM NaCl下保持结构完整并分泌胞外聚合物，而在≥2000 mM NaCl时仍存在存活亚群，体现其双相盐适应策略。

3.3 YSD J2接种对盐胁迫下虎坚果根系形态的影响

接种YSD J2显著缓解盐胁迫引起的根毛畸形。在500 mM NaCl下，接种植株根毛卷曲和缩短程度明显低于对照，表明菌株通过促进IAA分泌维护根系构型。

3.4 YSD J2在虎坚果组织中的定殖能力

YSD J2在根际土壤中的定殖密度（>6×10⁷CFU g^?1）显著高于根内（3.9×10⁴CFU g^?1）和茎内（3.1×10⁵CFU g^?1）组织，且在300 mM NaCl下定殖能力最强，证实其耐盐性与宿主互作优势。

3.5 YSD J2接种对盐胁迫下虎坚果生长的促进效应

在500 mM NaCl下，接种使分蘖数增加283.33%，地上部鲜重提升143.57%，根系鲜重提高82.14%，相对含水量（RWC）上升8.48%。菌株通过维持水分平衡与生物量积累增强植物耐盐性。

3.6 YSD J2对虎坚果色素含量的保护作用

盐胁迫导致对照植株叶绿素a含量下降42.86%，而接种使叶绿素a、b和总量分别最高提升117.09%、55.73%和118.18%，显著缓解光合系统损伤。

3.7 YSD J2对虎坚果渗透调节的调控

接种植株的脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白含量在300 mM NaCl下最高提升12.94%、45.05%和59.56%，表明菌株通过协调渗透物质积累维持细胞膨压。

3.8 YSD J2增强虎坚果活性氧清除能力

YSD J2接种使POD、SOD和CAT活性分别提高21.90倍、12.19%和52.63%，MDA含量降低22.02%，有效减轻膜脂过氧化损伤。

3.9 YSD J2优化虎坚果离子吸收与稳态

接种使根中Na⁺含量降低43.57%，K⁺和Ca²⁺吸收量最高提升35.72%和185.19%，K⁺/Na⁺比率改善108.71%，证实菌株通过离子选择性运输缓解钠毒害。

3.10 主成分分析揭示YSD J2的多途径耐盐机制

PCA显示PC1（79.7%方差）与光合色素和生长参数正相关，PC2与抗氧化及渗透调节指标关联。接种植株在盐胁迫下呈现低MDA含量与高酶活性的聚类特征，说明YSD J2通过协同调控生理通路增强耐盐性。

结论与展望

本研究首次揭示Pantoea sp. YSD J2通过整合生理代谢与离子稳态调控，系统提升虎坚果盐胁迫耐受性。菌株的EPS合成、抗氧化酶激活及K⁺/Na⁺平衡调控能力是其核心作用机制。尽管实验室数据充分，但田间验证与分子机制深度解析仍是未来重点。YSD J2为代表的PGPE菌剂有望成为盐渍土壤生态修复与绿色农业的关键技术支撑。