菌根真菌与木霉菌协同调控玉米耐盐抗旱的代谢与酶学机制研究

为解决气候变化加剧下盐害与干旱对作物的复合胁迫问题，伊朗克尔曼沙希德·巴霍纳尔大学团队通过接种丛枝菌根真菌(AMF)和哈茨木霉(T. harzianum)，系统研究了玉米在单一/复合胁迫下的生理响应机制。研究发现双菌接种显著提升根系生物量(增幅达300%)，激活SOD/APX抗氧化酶活性，并通过GC-MS分析揭示其通过调控草酰乙酸(oxaloacetate)、Δ1-哌啶-6-羧酸盐等代谢物增强耐逆性，为作物抗逆栽培提供新策略。成果发表于《BMC Plant Biology》。

　　

全球气候变化正导致盐碱化和干旱灾害频发，这两种环境胁迫往往协同作用于作物，通过离子毒害、渗透失衡和活性氧(ROS)爆发等机制严重制约农业生产。玉米作为全球第三大粮食作物，其耐逆性显著低于小麦等作物，在伊朗等干旱半干旱地区产量损失尤为严重。传统育种手段难以快速应对这种复合胁迫，而利用植物-微生物共生体系提升作物抗逆性成为新兴解决方案。其中，丛枝菌根真菌(AMF)能与80%陆生植物形成共生体，通过扩展菌丝网络协助宿主获取水分养分；哈茨木霉(T. harzianum)则能分泌生长调节物质并激活植物防御系统。然而，这两种真菌在盐旱复合胁迫下的协同机制及其对玉米代谢通路的影响尚不明确。

为破解这一科学问题，伊朗克尔曼沙希德·巴霍纳尔大学的研究团队设计了一项系统研究。他们从伊朗克尔曼省盐旱胁迫区的野生植物根际分离获得高活性AMF群落和哈茨木霉菌株(PV544806)，采用四因素实验设计：设置对照(S0D0)、盐胁迫(8 dS/m NaCl, S1D0)、干旱胁迫(35%田间持水量, S0D1)和盐旱复合胁迫(S1D1)四种处理，分别接种AMF(M1T0)、木霉(M0T1)、双菌(M1T1)及不接种对照(M0T0)。通过75天温室实验，结合生理指标测定、抗氧化酶活性分析和GC-MS代谢组学技术，首次揭示了微生物协同调控玉米耐逆性的代谢网络。论文发表在《BMC Plant Biology》期刊。

关键技术方法包括：从伊朗四地区采集60份野生植物根际样本筛选高活性AMF；通过形态学和ITS序列分析鉴定木霉菌种；采用完全随机设计进行四因素（接种类型×胁迫类型）温室实验；通过Koske染色法测定根系定殖率；Bradford法测蛋白质含量；氮蓝四唑(NBT)光化还原法测超氧化物歧化酶(SOD)活性；抗坏血酸氧化法测抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性；建立甲醇-氯仿双相提取结合BSTFA衍生化的GC-MS代谢物检测方案。

【形态学参数】
盐旱复合胁迫(S1D1)导致非接种组(M0T0)玉米根系干重暴跌53%，而AMF接种(M1T0)使其提升184%。双菌接种(M1T1)在复合胁迫下表现出协同效应：与单接种相比，地上部干重增加16%，总生物量提高11%，根系定殖率达100%。表明AMF主要通过促进根系发育增强胁迫耐受，而木霉更利于地上部生长。

【抗氧化酶活性】
在盐旱复合胁迫下，双菌接种组的SOD活性(356 U/mg prot)较对照提升2.3倍，APX活性(89 μmol/min/mg prot)达峰值。有趣的是，木霉单独接种时SOD激活更强，而AMF对APX的诱导更显著，揭示二者在ROS清除系统中存在功能分工：木霉主要清除超氧阴离子(O₂^-)，AMF则侧重降解过氧化氢(H₂O₂)。

【代谢通路分析】
GC-MS检测发现三个关键代谢物：

1. 草酰乙酸：双菌接种使其在复合胁迫下浓度提升8.7倍，激活三羧酸循环(TCA循环)为抗逆提供能量；
2. Δ¹-哌啶-6-羧酸盐：作为赖氨酸降解产物，在SACPATH通路中转化为哌可酸，参与系统抗性信号传导；
3. 尸胺(cadaverine)：在盐胁迫(S1D0)下浓度激增12倍，通过调节多胺平衡维持膜稳定性。

研究结论表明，AMF和木霉通过"代谢-酶学"双途径协同增强玉米耐逆性：形态学上，AMF促进根系发育扩大吸收面积，木霉优化地上部生长；生理层面，二者分工激活SOD-APX抗氧化系统；代谢网络方面，协同调控TCA循环、赖氨酸降解和生物碱合成三条通路。该研究首次阐明双菌接种在盐旱复合胁迫下的协同机制，为开发基于微生物组装的抗逆栽培技术提供理论依据。特别值得注意的是，从极端环境筛选的土著菌株展现出更强适应性，这对中东等干旱地区作物稳产具有重要应用价值。后续研究可进一步解析微生物-植物互作的分子信号网络，并开展田间验证试验。