Arthrobacter与Bacillus功能菌株提升烟草叶片生产力与品质的机制研究

本研究针对雪茄烟叶生产中过度依赖化肥农药的问题，研究人员通过筛选植物促生微生物(PGPMs)，系统评估了Arthrobacter sp.和Bacillus velezensis等8种菌株对烟草(Nicotiana tabacum cv. XJ-14)生长及品质的影响。结果表明，功能菌株显著提升叶片数量（增幅45.9%）、叶面积（76.6%）及光合色素含量（Chl a增加69.6%），同时促进糖分积累（389.7%）和腺毛密度（93.5%），为绿色烟草生产提供了微生物调控新策略。

　　

雪茄烟草作为高附加值经济作物，其特有的Maduro类型因富含糖类和芳香物质备受市场青睐。然而传统种植依赖化学投入品导致的土壤退化与品质瓶颈日益凸显，亟需开发绿色增效技术。植物促生微生物(PGPMs)虽在农业中展现出促生长、抗逆等潜力，但其对雪茄烟草品质相关代谢物（如糖分、腺毛分泌物）的调控机制尚不明确。湖北大学生命科学学院酶工程国家重点实验室联合湖北省烟草科学研究院的研究团队，通过多维度评估13种功能微生物对烟草XJ-14品种的影响，发现特定Arthrobacter与Bacillus菌株可协同提升农艺性状与品质指标，相关成果发表于《Plant Growth Regulation》。

研究采用16S rRNA基因测序鉴定菌株分类地位，通过温室控制实验（温度25°C，光强4500 lx）比较不同处理组的生长参数。关键方法包括：①光合色素乙醇提取分光光度法测定Chl a/b含量；②蒽酮比色法检测可溶性糖；③超景深显微镜定量腺毛密度（10×物镜，5MP CMOS）。

PGPMs促进烟草茎粗与株高

通过最大似然法构建的系统发育树确认S10-S13为Arthrobacter sp.，S2为Bacillus velezensis。接种S10使成熟期茎粗达1.60 cm（较对照提升95.1%），株高增幅达182.5%，表明其显著增强植株机械支撑力与生物量积累。

功能菌株提升叶片数量与面积

S10处理使成熟期叶片数达11.67片（+45.9%），叶面积扩展至448.67 cm²。值得注意的是，同属Arthrobacter的S11主要促进腺毛发育（成熟期密度+70.8%），揭示菌株功能分化。

光合效能与糖代谢增强

S10处理的Chl a含量在成熟期提升69.6%，Chl b增加65.7%。糖分积累以S6最显著（移植期+389.7%），而S10在成熟期仍保持125.5%优势，暗示菌株可能通过激活卡尔文循环或糖转运蛋白提升碳同化效率。

腺毛发育与次生代谢调控

S11使腺毛密度在移植期提升86.0%，成熟期维持58.5%增幅。结合B. velezensis产铁载体特性与Arthrobacter的JA（茉莉酸）合成基因（如AOS），推测微生物通过激素信号与营养协同调控腺毛分化。

该研究首次阐明Arthrobacter sp.与B. velezensis通过多重机制（激素分泌、铁载体介导的微营养活化、JA通路诱导）协同提升烟草品质。S10菌株在生物量积累（茎粗+95.1%）与光合效能（Chl a +69.6%）方面的突出表现，以及S11对腺毛密度（+86.0%）的特异性促进，为开发靶向微生物菌剂提供了理论依据。研究成果对实现烟草绿色高产具有双重意义：既减少化肥依赖，又通过提升糖分与腺毛分泌物（香气前体）增强商业价值，为特色作物微生物调控提供了范式。