耐冷假单胞菌IRS13及其藻酸盐样胞外多糖作为高效生物刺激剂提升小麦低温胁迫下的生长与抗性

针对低温胁迫严重制约小麦生长和产量的农业难题，研究人员从耐冷假单胞菌Pseudomonas putida IRS13及其胞外多糖（EPS）中开发出新型生物刺激剂。通过对比化学生长调节剂（褪黑素和水杨酸），证实IRS13及其EPS能显著提升小麦低温（6±2°C）下的形态生理指标（根/茎长度、叶绿素a/b含量）及萌发效率。基因组与代谢组分析揭示了其通过合成渗透调节剂（如四氢嘧啶）、植物激素（如玉米素）及抗氧化通路介导的抗寒机制。该研究为寒冷农业生态系统提供了可持续的生物解决方案。

　　

在气候变化加剧的背景下，低温胁迫已成为威胁全球粮食安全的重要 abiotic stress（非生物胁迫）。小麦作为主要粮食作物，其种子萌发和幼苗生长在6±2°C的低温环境下显著受阻，导致减产高达20-30%。传统化学生长调节剂（如褪黑素melatonin和乙酰水杨酸acetylsalicylic acid）虽能部分缓解胁迫，但长期使用可能引发环境污染。因此，开发基于微生物的 eco-friendly（环境友好型）生物刺激剂成为研究热点。

来自印度帕兰普尔小麦根际的耐冷菌株Pseudomonas putida IRS13及其分泌的藻酸盐样胞外多糖（exopolysaccharide, EPS）引起了研究团队注意。EPS作为高分子聚合物，此前已被证明能通过改善土壤团聚结构、增强水分保持和重金属固定化促进植物生长，但其在低温胁迫下的作用机制尚不明确。为此，研究人员系统评估了IRS13及其EPS对小麦低温耐受性的影响，并与化学调节剂进行对比，同时通过多组学技术解析其分子机制。

关键技术方法
研究采用低温（6±2°C）模拟胁迫环境，从印度小麦根际土壤中分离出41株耐冷菌，筛选出具有多重植物促生长（PGP）特性的IRS13菌株。通过测定吲哚乙酸（IAA）、ACC脱氨酶活性等指标验证其PGP潜力。利用全基因组测序鉴定冷应激相关基因（如algD等藻酸盐合成基因），结合代谢组学分析渗透调节剂（如ectoine四氢嘧啶）和植物激素（如zeatin玉米素）。小麦生长实验比较了IRS13菌体、纯化EPS与化学调节剂对形态生理参数的影响。

研究结果

1. 菌株特性与PGP活性
IRS13在6±2°C下仍保持生长能力，并表现出6类PGP特性：IAA（49.2 μg/mL）、ACC脱氨酶（1.8 μM α-KB/mg/h）、固氮（0.8 mg/g）、解磷（12.4 mg/L）、铁载体（72%单位）和钾动员（1.2 cm溶菌圈）。其基因组中含有alginate（藻酸盐）合成基因簇和超氧化物歧化酶（SOD）等抗氧化基因。

2. 低温生长促进效应
与化学处理组相比，IRS13和EPS处理使小麦根长/鲜重分别增加58%/63%和42%/47%，叶绿素a/b含量提升1.8倍。EPS组发芽率（92%）显著高于对照组（65%），且脯氨酸（proline）积累量增加2.3倍，表明渗透调节作用增强。

3. 分子机制解析
代谢组发现IRS13分泌四氢嘧啶（ectoine）、甜菜碱（betaine）等渗透保护剂，以及内源性褪黑素（0.8 ng/g）和水杨酸（1.2 μg/g）。基因组揭示其含有ROS清除基因（如katG过氧化氢酶）和冷休克蛋白（CspA）。

结论与意义
该研究首次证实纯化EPS可直接赋予植物耐寒性，其机制涉及：（1）藻酸盐样EPS形成物理保护屏障；（2）调控渗透平衡和抗氧化系统；（3）协同微生物-植物激素网络。相比化学调节剂，IRS13及其EPS展现出更优的低温缓解效果，为开发基于微生物的“绿色农业”方案提供了理论依据。未来可进一步探索EPS在盐碱/干旱胁迫中的应用潜力。

（注：所有数据及结论均来自原文，作者Ashif Ali等发表于《Rhizosphere》）