盐胁迫下Stenotrophomonas sp. CK1挥发性有机物促进水稻生长的机制研究

本研究针对土壤盐渍化制约水稻生产的全球性问题，创新性地探索了Stenotrophomonas sp. CK1菌株挥发性有机物(2-Methyl-1-butanol, 2 MB)通过调控OsYSL15/OsNAS等铁转运基因表达，显著提升水稻幼苗在100 mM NaCl胁迫下Mn、Fe、Zn元素吸收的分子机制。该成果为微生物挥发性有机化合物(mVOCs)在抗逆栽培中的应用提供了理论依据。

　　

研究背景

全球约20%耕地和30%灌溉区受盐渍化威胁，预计2050年将影响50亿人口。作为亚洲40亿人的主食，水稻对盐分极其敏感，幼苗期在6 dSm^-1盐度下即出现生长抑制。传统改良盐碱地方法成本高昂，而植物根际促生菌(PGPR)的挥发性有机化合物(mVOCs)因其非接触作用特性，成为抗逆栽培研究的新热点。

关键技术

研究采用16S rRNA测序鉴定菌株，通过HS-SPME/GC-MS分析挥发性成分，选用组织培养体系进行间接暴露实验。元素检测采用ICP-OES和火焰光度法，基因表达分析通过qRT-PCR完成，靶向OsYSL15、OsNAS1/2等铁转运相关基因。

研究结果

3.1 微生物菌株的间接应用

从盐渍化土壤分离的4株细菌(A5、C5、CK1、CK3)使水稻在100 mM NaCl条件下生物量提升1.5倍，其中CK1效果最显著。

3.3 CK1菌株VOCs分析

GC-MS鉴定出23种化合物，包括首次报道的2-甲基-1-丁醇(2 MB)。1 mM 2 MB处理使水稻相对生物量达1.7倍，显著高于盐胁迫组。

3.4 元素分析

2 MB处理组幼苗的Mn(12.3 μg/g)、Fe(89.5 μg/g)、Zn(45.2 μg/g)浓度显著提升，分别为盐胁迫组的1.8倍、2.1倍和1.5倍。

3.5 基因表达分析

OsYSL15(铁载体转运蛋白)表达量提升4.2倍，OsNAS1/2(烟酰胺合成酶)分别上调3.8倍和2.9倍，证实2 MB通过激活铁吸收通路缓解盐胁迫。

结论与意义

该研究首次揭示Stenotrophomonas sp. CK1产生的2 MB通过调控OsYSL15-OsNAS模块，促进水稻在盐胁迫下对Fe、Mn、Zn等微量元素的吸收。这种非接触式微生物调控策略为开发新型生物刺激素提供了方向，尤其适用于水资源受限的盐碱地区。论文发表在《Theoretical and Experimental Plant Physiology》，为mVOCs在可持续农业中的应用奠定了分子生物学基础。