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综述:微生物增强小麦和水稻对干旱、盐碱及热胁迫抗性的策略
【字体: 大 中 小 】 时间:2025年06月19日 来源:Rhizosphere 3.4
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(编辑推荐)本综述系统阐述了内生细菌(endophytic bacteria)通过营养获取、植物激素(phytohormones)调控、抗氧化酶(ROS scavenging)激活及渗透调节(osmotic regulation)等机制,提升小麦和水稻对干旱、盐碱(Na+ /Cl? )、高温胁迫的耐受性,为可持续农业(sustainable agriculture)提供微生物接种剂(bioinoculants)的理论依据与应用前景。
Abstract
小麦和水稻作为全球主要粮食作物,易受干旱、盐碱及高温等非生物胁迫(abiotic stresses)影响,导致生长抑制和减产。内生细菌通过多种协同机制增强作物抗逆性:如分泌吲哚乙酸(IAA)、细胞分裂素(cytokinin)促进根系发育;合成脯氨酸(proline)、甜菜碱(betaine)维持渗透平衡;激活超氧化物歧化酶(SOD)清除活性氧(ROS);调控H+
-ATPase维持离子稳态(ion homeostasis)。实验证实,芽孢杆菌(Bacillus cereus)SA1通过提升大豆抗氧化防御系统缓解热胁迫,而伯克霍尔德菌(Burkholderia)则通过ACC脱氨酶降低盐胁迫乙烯毒性。
Introduction
盐碱化土壤(>200 mM NaCl)导致气孔关闭并抑制磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)活性,而干旱引发叶片卷曲与ABA积累。高温则直接影响小麦胚芽活力与水稻小穗育性。内生细菌如假单胞菌(Pseudomonas)、克雷伯菌(Klebsiella)定殖于植物组织,通过固氮(nitrogen fixation)、铁载体(siderophores)分泌等直接促进生长,同时诱导系统抗性(ISR)应对胁迫。
Abiotic stress and mechanisms
Drought
干旱使小麦减产9-10%,内生菌通过分泌胞外多糖(EPS)形成生物膜保水,并上调脱水素基因(dehydrin)。水稻接种肠杆菌(Enterobacter tabaci)后,叶片相对含水量提升18%。
Salinity
盐渍土中Na+
竞争抑制K+
吸收,云南微球菌(Micrococcus yunnanensis)通过调节NHX转运体基因维持K+
/Na+
平衡,使水稻生物量增加27%。
Heat
解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)产生热激蛋白(HSP70)保护水稻光合系统II(PSII),花粉活力提高33%。
Experimental validation
小麦接种嗜根寡养单胞菌(Stenotrophomonas rhizophila)后,盐胁迫下脯氨酸含量增加2.1倍;水稻根际接种固氮螺菌(Azospirillum)使干旱条件下产量提升22%。
Conclusion & future directions
尽管内生菌在田间规模化应用仍面临定殖稳定性挑战,但其通过“微生物-植物-环境”互作网络构建的抗逆体系,为应对气候变化下的粮食安全提供了绿色解决方案。
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