芽孢杆菌MRD-17挥发性有机物增强芥菜幼苗在渗透和营养胁迫下的生长耐受性

本研究针对干旱和营养胁迫下芥菜（Brassica juncea L.）幼苗生长受限的问题，通过分析芽孢杆菌（Bacillus sp. MRD-17）挥发性有机物（VOCs）的作用机制，发现其可显著提升幼苗生物量、抗氧化酶活性及磷钾吸收，并鉴定关键促生长成分n-decane（C10 ）。该研究为微生物VOCs在农业抗逆应用提供了新依据。

　　

干旱和营养缺乏是制约农作物生长的两大核心问题，尤其对印度芥菜（Brassica juncea L.）这类经济作物而言，其产量在胁迫条件下可骤降94%。传统植物促生菌（PGPR）需通过物理接触发挥作用，而芽孢杆菌等微生物释放的挥发性有机物（VOCs）却能远距离调控植物生长，这一现象近年来引发广泛关注。然而，VOCs在复合胁迫下的作用机制尚不明确。印度农业研究所的科研团队通过水培实验，首次揭示了芽孢杆菌MRD-17的VOCs如何通过多通路协同缓解芥菜幼苗的渗透与营养胁迫。

研究采用水培系统模拟胁迫环境：20% PEG-6000（-0.491 MPa）诱导渗透胁迫，低剂量Hoagland营养液模拟NPK缺乏，并通过物理隔离装置实现VOCs非接触作用。关键技术包括气相色谱-质谱（GC-MS）分析VOCs成分、酶联免疫法测定抗氧化酶活性（如超氧化物歧化酶SOD），以及三维成像量化根构型参数。

研究结果

1. 幼苗生长与根构型调控
   渗透胁迫下，VOCs使胚轴长度提升50%，双胁迫下仍增加17%。根表面积和平均直径的改善表明VOCs能重塑根系架构，增强胁迫适应性。

2. 生理代谢激活
   VOCs显著提高渗透调节物质（如甘氨酸甜菜碱）和类胡萝卜素含量，同时降低膜脂过氧化产物MDA达52%，表明其通过增强抗氧化防御系统（SOD、过氧化物酶POD）缓解氧化损伤。

3. 营养吸收增效
   在磷钾胁迫组，VOCs使磷吸收提升36%，钾吸收增加53%。值得注意的是，酸性磷酸酶（EC 3.1.3.2）活性提高30%，但氮同化酶（硝酸还原酶、谷氨酰胺合成酶）未受影响，提示VOCs对养分吸收具有选择性。

4. 关键VOCs鉴定
   GC-MS分析发现培养液中富含直链烷烃n-decane（C₁₀
   ），其低沸点特性利于气态扩散，可能是促生长效应的化学基础。

结论与意义
该研究证实芽孢杆菌MRD-17的VOCs通过“根构型重塑-代谢重编程-选择性营养吸收”多靶点通路协同增效，尤其对磷钾转运系统的调控具有突破性发现。n-decane的鉴定为开发新型微生物气肥提供了分子线索。论文发表于《Rhizosphere》，为应对气候变化下的可持续农业提供了低成本解决方案，其非接触作用模式更适用于规模化应用。未来研究可进一步解析C₁₀
与植物激素信号的互作机制。