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在土壤盐碱化和干旱等环境压力影响传统农业的背景下，研究人员开展了 “PGPB-driven bioenrichment and metabolic modulation of Salicornia europaea under marine Aquaponic conditions” 的研究。结果发现 PGPB 接种改变欧洲海蓬子代谢，积累多种生物活性化合物。这为优化水产养殖系统提供依据，推动可持续农业发展。
随着全球环境问题日益严峻，土壤盐碱化和干旱等状况对传统粮食生产方式造成了巨大冲击。这不仅引发了人们对环境恶化、粮食安全以及社会经济稳定的担忧，也促使科研人员积极探索新型农业生产策略。在这样的大背景下，寻找能够适应恶劣环境且具备高价值的农作物，以及挖掘提升农作物品质和产量的方法，成为了农业领域研究的关键方向。欧洲海蓬子（Salicornia europaea）作为一种极具潜力的耐盐植物，在海洋综合多营养层次水产养殖（IMTA）系统中崭露头角。它不仅能在高盐环境下茁壮成长，还能作为生物过滤器吸收多余营养，改善水质。然而，在无土的水产养殖 - 种植系统（Aquaponic systems）中，植物与微生物的相互作用面临新挑战，并且植物生长促进细菌（PGPB）对欧洲海蓬子次生代谢物的影响尚不明确。为了解决这些问题，来自葡萄牙阿威罗大学（University of Aveiro）等机构的研究人员开展了相关研究。研究表明，PGPB 接种显著改变了欧洲海蓬子的代谢谱，增强了其生理适应性和抗逆性，还促进了具有抗氧化和抗菌特性的生物活性化合物的积累。这一研究成果发表在《World Journal of Microbiology and Biotechnology》上，为优化水产养殖系统、推动可持续盐碱农业发展提供了重要依据。
研究人员主要采用了以下关键技术方法：首先是植物接种与培养技术，将欧洲海蓬子种子分别接种植物生长促进细菌 Brevibacterium casei EB3 和 Pseudomonas oryzihabitans RL18，在微宇宙（300 mL 盆）和中试规模（100 L 罐）的水产养殖系统中培养。其次是利用气相色谱 - 质谱联用（GC-MS）和超高效液相色谱 - 质谱联用（UHPLC-MS）技术对植物进行代谢物分析。最后通过统计分析，使用 Shapiro-Wilk 检验评估数据正态性，根据数据分布情况选择 t 检验、单因素方差分析或非参数检验，判断不同接种条件下植物代谢物的差异。
研究结果如下：
- 植物代谢物变化：通过 GC-MS 和 UHPLC-MS 分析发现，接种 PGPB 后，欧洲海蓬子的代谢物发生显著变化。在羧酸和醇类方面，盆栽植物单接种 B. casei EB3 或 P. oryzihabitans RL18，羧酸和醇含量增加；而在罐栽植物中，接种与未接种情况有所不同，未接种罐栽植物羧酸含量高于接种植物。糖类方面，接种 RL18 的盆栽植物总糖含量显著高于未接种植物。在特定化合物上，不同接种条件下也有差异，如某些化合物仅在接种植物中检测到，而有些则只在未接种植物中存在。
- 代谢途径变化：将代谢物根据植物生理过程和生化途径整理后发现，盆栽接种两种 PGPB 的植物，糖类、脂肪酸、 sterols、醇类和酚类化合物等代谢物表达上调，同时部分酸类、氨基酸和酚类化合物表达下调；罐栽接种植物与未接种植物相比，一些氨基酸、醇类、脂肪酸、sterols 和酚类化合物浓度增加，而部分酸类、糖类和酚类化合物浓度降低。
研究结论与讨论：
本研究明确了 PGPB 接种对水产养殖系统中欧洲海蓬子代谢谱的深刻影响。接种 PGPB 后，植物的代谢发生显著重编程，促进了氨基酸、酚类化合物等关键物质的生物合成。氨基酸的增加不仅为蛋白质和酶的合成提供了原料，还与酚类化合物和抗氧化剂的合成相关，增强了植物的抗氧化能力。酚类化合物的增多有助于提高植物的抗逆性和生物质产量。此外，接种植物积累了低应激指标化合物，如不饱和脂肪酸和 sterols，增强了植物的抗逆性，同时降低了草酸含量，提高了植物的营养价值和安全性。在中试规模实验中，未接种植物积累较高水平的羧酸，可能是 PGPB 诱导的代谢重编程使碳通量从羧酸合成转向其他增强抗逆性的代谢物合成，也可能是未接种植物将羧酸作为应激反应的一种方式。本研究还发现，接种 PGPB 可显著提高欧洲海蓬子中具有药理价值的生物活性化合物含量，如 eicosanol、docosanol、luteolin 等，这为将欧洲海蓬子开发成高价值的食品和药品原料提供了可能，有望提升其在可持续盐碱农业中的经济价值。总之，该研究为大规模水产养殖系统的优化提供了创新思路，为可持续粮食生产带来了新的希望，对缓解全球气候变化、促进环境可持续发展具有重要意义。
