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随着全球气候变暖，高温严重威胁水稻生产。研究人员开展了 “探索促生长内生细菌与肥料在热胁迫下对水稻的交互作用” 研究。结果表明，特定内生细菌与 NPK50 肥料结合可提高水稻耐热性。该研究为农业应对高温挑战提供新策略。
在全球气候变暖的大背景下，高温成为农业生产的一大 “劲敌”，水稻作为全球半数人口的主食，自然也深受其害。当温度超过 35°C，水稻的生长就会受到严重限制，产量大幅下降。为了保障全球粮食安全，科学家们迫切需要找到应对高温胁迫的有效方法。在这样的情况下，来自台湾地区的研究人员展开了一项探索促生长内生细菌与肥料在热胁迫下对水稻交互作用的研究，相关成果发表在《Rice》杂志上。
研究人员主要运用了以下关键技术方法：首先，从耐热水稻种子中分离筛选内生细菌，通过 16S rRNA 基因测序确定细菌种类；接着，评估这些细菌的固氮和产吲哚 - 3 - 乙酸（IAA）等促进植物生长（PGP）的特性；最后，设置对照实验，在不同温度条件下，通过土培实验观察内生细菌和肥料对水稻生长的影响，并测定各项生理指标。
下面来看看具体的研究结果：
- 培养皿试验：在 40 - 45°C 的高温胁迫下，部分内生细菌显著促进了水稻幼苗下胚轴和胚根的生长，增加了鲜重。例如，菌株 N 和 D 在 40°C 热激时，使下胚轴长度翻倍，鲜重也明显增加；菌株 W、K 和 Y 在 45°C 热激时，胚根和下胚轴长度增长超过 100%。
- 耐热内生细菌的基因组鉴定：经 16S rRNA 基因测序分析，确定了 5 种内生细菌菌株的身份，分别为 K 对应 Bacillus tequilensis、W 对应 B. paralicheniformis、N 对应 B. pumilus、Y 对应 B. coagulans、D 对应 B. paranthracis，并将这些序列存入 GenBank 数据库。
- 微生物活动评估：所选菌株均能固氮和产生 IAA，其中菌株 N 固氮活性最高，菌株 W 产 IAA 能力最强。
- 24 天土培试验：与未接种且不施肥的对照组相比，施肥显著提高了水稻的耐热性，促进了植株地上部分和根系的生长。部分内生细菌与肥料组合，如 D + NPK50 和 N + NPK50，对水稻生长的促进作用尤为明显。
- 150 天土培试验
- 株高：接种菌株 W、N、D 并施肥的水稻植株，在整个实验期间株高显著增加。例如，接种 W + NPK50 的植株在 30 天后株高增加 56%，收获时对照植株株高为 47cm，而接种 W + NPK50、N + NPK50 和 D + NPK50 的植株株高分别达到 63.85cm、66.5cm 和 65.85cm。
- 植株重量和叶片：接种显著增加了植株的鲜重和干重。30 天后，接种 W、N、D 的植株地上部分鲜重分别增加 442.5mg、357mg 和 274mg；150 天后，分别增加 3617mg、2629.5mg 和 3094.5mg。接种植株的叶片数量也明显多于未接种植株。
- SPAD 叶绿素分析：热胁迫显著降低了水稻叶绿素含量，但接种菌株 W、N、D 并施肥后，叶绿素含量显著增加。例如，接种 W + NPK50 的植株在 30 天后 SPAD 值增加 47%，150 天后接种 W、N、D 的植株 SPAD 值分别为 31、31 和 29，而对照组仅为 20。
- 水稻产量：接种内生细菌显著提高了水稻的产量。接种 W 的植株每穗鲜粒重提高 50%，干粒重提高 113%；接种 N 和 D 的植株干粒重分别提高 84% 和 88%，同时接种还促进了穗的发育，增加了每穗粒数。
- 热胁迫下水稻植株的理化过程
- 渗透保护剂脯氨酸含量：在 150 天的实验中，接种植株的脯氨酸含量在多个时间点增加，热胁迫加剧时，脯氨酸含量进一步上升。接种菌株 D 的植株脯氨酸含量最高增加 214%。
- 脂质过氧化：接种内生细菌的植株 MDA 含量显著降低，表明细胞膜受到的氧化损伤减少，内生细菌和肥料的组合增强了水稻对热胁迫的抗性。例如，接种 N 的植株 MDA 含量最高降低 84%。
- 内源植物激素水杨酸（SA）：热胁迫下，水稻植株的 SA 含量增加，接种内生细菌和施肥进一步提高了 SA 含量。150 天后，接种 W + NPK50、N + NPK50 和 D + NPK50 的植株 SA 含量分别达到 102.60ng/g、168.80ng/g 和 102.56ng/g，远高于对照组。
- 内源植物激素脱落酸（ABA）：接种菌株 W、N、D 的植株在热胁迫下 ABA 含量升高，随着温度变化，ABA 含量也有所波动，体现了内生细菌在缓解严重热胁迫方面的作用。
综合研究结论和讨论部分，该研究发现特定的内生细菌菌株与肥料协同作用，能显著增强水稻的耐热性，提高植株的生长指标、叶绿素含量和产量。内生细菌通过多种机制促进植物生长，如固氮、产 IAA 等，与肥料结合后，进一步优化了水稻的生长环境，增强了水稻对热胁迫的适应能力。这一研究成果为农业生产应对高温挑战提供了新的思路和方法，有助于推动可持续农业发展，保障全球粮食安全。
