内生耐盐菌 Franconibacter Sp. YSD YN2 助力油莎豆抗盐增产的奥秘探索

土壤盐渍化严重影响植物生长，油莎豆（Cyperus esculentus L. var. sativus）也深受其害。研究人员以油莎豆为对象，探究 PGPE（植物生长促进内生菌）Franconibacter sp. YSD YN2 在盐胁迫下的作用。结果表明其能促进油莎豆生长、调节代谢和离子平衡，为农业抗盐提供新思路。

　　在广袤的农田里，土壤盐渍化正悄然成为农作物生长的 “大敌”。全球超过 8330 万公顷的土地受到盐渍化威胁，这不仅影响植物的生长发育，还导致作物产量和品质下降。油莎豆作为一种营养丰富的多年生植物，其地下块茎和地上叶片都具有重要的食用和保健价值，然而盐胁迫却严重阻碍了它的茁壮成长。尽管植物生长促进内生菌（PGPE）对植物生长的积极作用已被知晓，但它们在盐胁迫下对油莎豆的具体影响却一直是个未解之谜。为了揭开这个谜团，上海交通大学的研究人员开展了一项极具意义的研究。
研究人员将目光聚焦在从油莎豆茎中分离出的内生细菌 Franconibacter sp. YSD YN2（YSD YN2）上。他们让油莎豆在不同浓度的 NaCl 环境下生长，并接种 YSD YN2，旨在评估 YSD YN2 在盐渍条件下的多种促生长特性，探究其对油莎豆生长、光合作用、渗透调节和抗氧化酶合成相关代谢物的影响，以及揭示其增强油莎豆耐盐性的机制。该研究成果发表在《BMC Plant Biology》上，为农业生产应对盐渍化挑战提供了新的方向。
在研究过程中，研究人员运用了多种关键技术方法。他们通过在不同 NaCl 浓度的 LB 培养基中培养 YSD YN2，测定其光密度（OD₆₀₀）和观察细胞形态变化，评估菌株的耐盐性。利用透射电子显微镜（TEM）观察细菌在盐胁迫下的微观结构。通过盆栽实验，设置不同盐浓度和细菌处理组，测量油莎豆的各项生长指标、生理代谢物含量和离子浓度。此外，还运用统计分析软件如 SPSS、GraphPad Prism、CANOCO 5.0 和 R 软件对实验数据进行深入分析。
研究结果令人振奋。首先，YSD YN2 在盐胁迫下展现出强大的适应能力。在不同 NaCl 浓度下，它能够产生吲哚 - 3 - 乙酸（IAA）、胞外多糖（EPS）、溶解磷（P）和钾（K）等物质，这些都是促进植物在盐胁迫环境下生长的重要成分。随着 NaCl 浓度从 10‰增加到 180‰，IAA、EPS、P 和 K 的产量先升高后降低，在 500mM NaCl 时达到峰值。同时，YSD YN2 的耐盐性也得到验证，在 10‰ - 60‰ NaCl 浓度下，其 OD₆₀₀相对稳定，当浓度超过 120‰时才显著下降。TEM 观察发现，在 10‰和 30‰ NaCl 浓度下，细菌细胞膜完整，周围有致密的胞外聚合物，但随着 NaCl 浓度升高，细菌结构松散，不过直到浓度超过 120‰才出现细胞壁损伤和细胞质泄漏，表明该菌株具有很强的耐盐性。
其次，YSD YN2 对油莎豆的生长发育起到了显著的促进作用。在盐胁迫下，接种 YSD YN2 的油莎豆在多个生长指标上表现优异。在不同 NaCl 浓度下，其分蘖数增加了 50.00% - 183.50%，株高增加了 13.33% - 26.67%，地上部鲜重增加了 48.91% - 115.38%，根长增加了 7.84% - 13.17%，根鲜重增加了 39.43% - 63.06%，相对含水量也有所提升。在 30‰ NaCl 浓度下，未接种的油莎豆幼苗生长缓慢，而接种 YSD YN2 的植株生长正常。
再者，YSD YN2 对油莎豆的生理代谢产生了积极影响。在光合作用方面，随着 NaCl 浓度升高，未接种植株的叶绿素含量下降，而接种 YSD YN2 的植株叶绿素 a、b 和总叶绿素含量显著增加，有效缓解了盐胁迫对光合作用的抑制。在渗透调节方面，接种 YSD YN2 后，油莎豆的脯氨酸（Pro）积累增加，在 0‰、18‰和 30‰ NaCl 浓度下，分别比未接种植株增加了 11.36%、19.65% 和 12.35%，有助于维持细胞的渗透压平衡。同时，可溶性糖（SS）和可溶性蛋白（SP）的含量在接种后也发生了变化，在一定程度上减轻了盐胁迫的影响。在抗氧化酶活性方面，接种 YSD YN2 显著提高了油莎豆中过氧化氢酶（CAT）、超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化物酶（POD）的活性，在 18‰ NaCl 浓度下，CAT 活性比未接种植株提高了 78.95%，SOD 活性提高了 13.34%，POD 活性提高了 13.81 - 35.48 倍，有效清除了盐胁迫产生的活性氧（ROS），减少了丙二醛（MDA）的积累，降低了氧化损伤。
最后，YSD YN2 对油莎豆的离子吸收和平衡起到了关键的调节作用。在盐胁迫下，未接种植株的根、茎和土壤中 Na⁺含量显著增加，K⁺和 Ca^{2 +}含量下降，而接种 YSD YN2 后，能有效抑制 Na⁺的积累，增加 K⁺和 Ca^{2 +}的吸收。在 18 - 30‰ NaCl 胁迫下，根、茎和土壤中的 Na⁺含量分别比未接种植株降低了 1.35 - 20.06%、9.38 - 31.39% 和 10.74 - 22.72%，同时 K⁺和 Ca^{2 +}含量显著增加，维持了植物体内的离子平衡。
研究结论表明，Franconibacter sp. YSD YN2 在增强油莎豆耐盐性方面发挥了重要作用。它不仅能够促进油莎豆的生长，提高生物量，还能调节离子平衡，增加叶绿素含量，增强抗氧化酶活性，减少脂质过氧化，从而有效缓解盐胁迫对油莎豆的伤害。这一研究为开发新型生物肥料提供了潜在的菌株资源，有望在农业生产中广泛应用，帮助农作物抵御盐渍化的危害，提高作物产量和品质。然而，目前的研究是在实验室控制条件下进行的，分子机制尚不完全清楚，未来还需要开展更多的田间试验，深入探究其作用机制以及与其他生长促进剂的相互作用，以充分发挥 YSD YN2 在农业中的应用潜力。