植物促生菌增强智利普通豆地方品种温度胁迫耐受性的机制研究

本研究针对气候变化导致的温度胁迫对智利普通豆(Phaseolus vulgaris L.)地方品种的威胁，探索了两种本土植物促生菌(Bacillus proteolyticus Cyn1和B. safensis Cyn2)通过产生生长素和增强抗氧化能力来提升植物耐热性的潜力。研究发现不同品种对菌株响应存在基因型依赖性，其中Mantequilla品种表现出固有耐热性，而PGPB处理在30-35°C下能显著改善Tórtola和Sapito的生理指标。该研究为开发气候适应性农业提供了微生物-植物互作的新见解。

　　

随着全球气候变化加剧，智利地中海气候区正经历着前所未有的温度上升，过去十年（2014-2023）成为有记录以来最热的时期，地表和海洋温度分别上升了1.79°C和0.91°C。这种温度变化对当地重要粮食作物普通豆（Phaseolus vulgaris L.）的种植构成了严峻挑战。智利特有的地方品种如Sapito、Mantequilla和Tórtola等，不仅是当地农民数百年来选育的农业文化遗产，更是应对气候变化的宝贵遗传资源。这些品种在高温条件下常出现发芽率下降、幼苗发育异常、光合效率降低等问题，直接威胁着以小型家庭农场为主的农业生产体系。

为应对这一挑战，由Cynthia Meza领衔的研究团队在《Scientific Reports》发表了创新性研究。团队从智利通瓜奥地区(-35.4236°S, 72.0563°W)的豆科植物根际土壤中分离出两种具有耐热特性的植物促生菌（PGPB）：Bacillus proteolyticus Cyn1（耐80°C）和B. safensis Cyn2（耐70°C）。通过多组学方法，研究人员系统评估了这些微生物对10个智利地方品种在温度梯度（25-40°C）下的促生效应及其分子机制。

关键技术方法包括：1）采用Salkowski比色法测定细菌生长素(IAA)产量；2）利用共聚焦显微镜（SYTO 9/PI染色）观察根系定殖模式；3）通过氧自由基吸收能力(ORAC)和Folin-Ciocalteu法分别评估抗氧化活性和多酚含量；4）测定丙二醛(MDA)和脯氨酸含量反映氧化损伤和渗透调节；5）建立广义线性混合模型(GLMM)分析温度-菌株-基因型三方互作效应。

研究结果揭示：

Auxin生产特性

两种菌株均表现出显著的生长素合成能力，其中B. proteolyticus Cyn1产量达46 μg mL^-1，而菌群组合后产量提升至90.67 μg mL^-1，显示协同效应。这种特性与后续观察到的根系发育促进直接相关。

种子萌发与根系定殖

在9个发芽的地方品种中，Araucano表现完全休眠。共聚焦图像显示菌群处理组的根系定殖密度最高，特别是Mantequilla、Tórtola和Sapito三个品种，这与其后续耐热性表现高度一致。

抗氧化系统响应

ORAC检测显示根系抗氧化活性普遍高于叶片，其中Mantequilla根系的ORAC值达863.15±153.19 μM TE/100 g。多酚含量在B. safensis Cyn2处理的Mantequilla中最高（911.29±114.19 mg GAE/100 g），表明微生物调控了次级代谢通路。

温度梯度生长分析

主成分分析(PCA)显示温度而非菌株处理是表型变异的主要驱动力。GLMM模型揭示B. proteolyticus Cyn1显著增加胚根长度（χ²=11.83, p<0.001），而两种菌株单独使用比组合更能促进根系数量（χ²=181.77）。Mantequilla在40°C下仍保持生长，其固有耐热性可能与稳定的类胡萝卜素含量（0-7 mg/g）有关。

氧化损伤指标

在40°C极端温度下，所有处理的脯氨酸含量骤降（如对照组从2.37±0.06降至0.26±0.01），而MDA在菌群处理组增幅最大（0.71±0.01升至2.33±0.03），表明渗透保护系统崩溃。

讨论部分强调了三项突破性发现：首先，微生物-植物互作存在显著的基因型特异性，Mantequilla的固有耐热性提示地方品种可作为耐热育种的重要资源；其次，菌群组合虽增强根系定殖却未产生协同促生效应，反映微生物生态位竞争的可能；最后，35°C可能是PGPB作用有效性的温度阈值，超过此限则生理保护机制失效。这些发现为设计"微生物-品种"精准匹配的耐热栽培方案提供了理论依据，呼应了联合国可持续发展目标(SDG 2)中关于发展气候智能型农业的倡议。

研究局限性包括未评估田间条件下微生物的存活动态，以及未解析高温如何影响IAA合成基因的表达调控。未来研究可整合多组学方法揭示温度-微生物-植物三者互作的分子网络，并将该策略扩展到其他逆境组合（如干旱-高温交叉胁迫）的 mitigation。这项工作的创新性在于首次系统评估了智利豆科遗传资源与本土微生物联合应对气候变化的潜力，为可持续农业提供了基于生态智慧的新范式。