SPSB2菌株通过调控抗氧化系统与基因表达缓解番茄盐镉镍复合胁迫的生物修复潜力研究

本研究针对盐害与重金属(HMs)复合胁迫导致农作物减产的世界性难题，通过接种耐盐菌株Nitratireductor aquimarinus SPSB2，系统评估其对番茄生长参数、光合色素、抗氧化酶(CAT/POD/PPO)、离子平衡及Solyc基因家族表达的调控作用，发现SPSB2可使镉积累降低63.5%、钠离子吸收减少56.6%，并通过下调JA/ABA通路关键基因表达实现胁迫缓解，为微生物修复技术在可持续农业中的应用提供新策略。

　　

全球农业正面临盐碱化与重金属污染的双重威胁。据统计，约7%的耕地和30%灌溉区受盐害影响，而镉(Cd)、镍(Ni)等重金属在盐渍土壤中迁移性增强，通过破坏植物-微生物共生体系、诱导氧化应激等方式，造成作物减产高达77.3%。传统农艺措施如土壤改良剂使用虽有一定效果，但易引发农药抗性、湿地退化等生态问题。在此背景下，阿曼尼兹瓦大学(University of Nizwa Oman)生物技术与OMICs实验室的研究团队在《Horticultural Plant Journal》发表研究，首次揭示从阿曼海岸分离的耐盐菌株Nitratireductor aquimarinus SPSB2通过多维度调控机制缓解番茄盐镉镍复合胁迫的分子机制。

研究采用温室控制实验，设置16种处理组合（包括单因素200 mmol·L^-1 NaCl、2 mmol·L^-1 Cd/Ni及其复合胁迫），通过ICP-MS元素分析、扫描电镜(SEM)观察细胞形态、qRT-PCR检测Solyc基因家族表达等技术手段，系统评估SPSB2的促生效应。

生长参数与生理响应

SPSB2接种使NaCl胁迫下番茄株高和根长分别提升13.34%和6.2%，Cd胁迫下生物量增加201.44%。SEM显示该菌能维持根细胞形态完整性，减少Cd/Ni在表皮沉积。光合色素测定表明，SPSB2使三重胁迫(NaCl+Cd+Ni)下的叶绿素a和类胡萝卜素含量分别提高8.37%和104.75%。

抗氧化系统调控

在Cd+Ni复合胁迫下，SPSB2使电解质泄漏(EL)降低86.56%，同时显著调节抗氧化酶活性：过氧化物酶(POD)活性降低22%，而多酚氧化酶(PPO)在NaCl+Cd处理中提升11.1%。非酶抗氧化剂谷胱甘肽(GSH)在三重胁迫下减少8.9%，但总多酚(TPP)增加8.8%。

元素积累与基因表达

ICP-MS分析显示SPSB2使Cd在单因素处理中积累降低63.5%，Na⁺在三重胁迫中减少56.6%。基因表达谱揭示该菌通过下调JA通路基因Solyc04g079730（降87%）和ABA相关基因Solyc11g071600（降79.8%）重构信号网络，而脱水响应基因Solyc10g079820在NaCl处理中表达降低221.6%。

该研究证实SPSB2通过"离子稳态-抗氧化平衡-基因调控"三位一体机制缓解复合胁迫：一方面通过分泌有机酸等代谢物减少Cd/Ni吸收，另一方面激活DREB转录因子(Solyc05g052410表达升156.2%)增强耐逆性。这种微生物-植物互作模式为开发新型生物修复剂提供理论依据，对中东等干旱区盐碱地改良具有重要实践价值。研究同时发现JA与ABA信号通路的协同调控特征，为解析PGPR介导的系统抗性提供了新视角。