黑曲霉VN2通过调节氧化应激和DNA损伤防护增强盐胁迫下绿豆生长的机制研究

本研究针对土壤盐渍化严重降低农作物产量的问题，从埃及荆树中分离出一株耐盐内生真菌黑曲霉VN2，发现其能产生IAA（148.32 μg/ml）、铁载体（72.66% SU）和ACC脱氨酶（134.40 μmol α-KB/h/mg蛋白），显著促进盐胁迫下绿豆的生长。该真菌通过提高叶绿素含量、降低MDA和电解质泄漏，并首次证实具有基因保护作用（彗星试验显示DNA损伤减少），为利用微生物缓解作物盐胁迫提供了新策略。

　　

土壤盐渍化是全球农业生产面临的最严峻挑战之一，目前约20%的灌溉农田受到盐害影响，预计到205年这一比例将显著上升。盐胁迫通过渗透胁迫、离子毒性和氧化损伤等多重机制抑制植物生长，导致农作物减产甚至绝收。绿豆（Vigna radiata）作为重要的豆科作物，对盐分尤为敏感，其发芽率、蛋白质合成和生物量积累在盐胁迫下显著降低。传统育种手段培育耐盐品种周期长且成本高，而利用植物与微生物的共生关系提高作物抗逆性，正成为可持续农业的新研究方向。

在这项发表于《BMC Microbiology》的研究中，Chauhan等人从耐盐植物埃及荆树（Vachellia nilotica）中分离出一株具有多重促生特性的内生真菌黑曲霉VN2（Aspergillus niger VN2），并深入探究了其在缓解绿豆盐胁迫中的作用机制。该真菌不仅能耐受高达15%的NaCl浓度，还通过产生植物激素、溶解磷酸盐、分泌铁载体和降解乙烯前体ACC等多种方式促进植物生长。研究人员通过生理生化测定、荧光显微技术和分子分析等方法，系统评估了该真菌对盐胁迫下绿豆生长、氧化应激和DNA损伤的调控作用，为微生物肥料的开发提供了理论依据。

本研究主要采用了以下关键技术方法：从埃及荆树组织中进行内生真菌分离和耐盐筛选；测定菌株的IAA、铁载体、磷酸盐溶磷能力和ACC脱氨酶活性；通过盆栽实验分析真菌定殖对盐胁迫下绿豆生理指标（叶绿素、相对含水量、电解质泄漏等）的影响；使用荧光显微镜观察细胞活性和氧化应激物质（谷胱甘肽、过氧化氢）定位；通过彗星试验评估DNA损伤程度；采用傅里叶变换红外光谱（FTIR）结合主成分分析（PCA）解析生物分子变化。

筛选鉴定与功能分析

研究团队从埃及荆树中共分离到15株内生真菌，其中菌株VN2在耐盐性（耐受15% NaCl）和促生特性方面表现最为突出。经形态学观察和ITS序列分析（GenBank登录号OQ353075），该菌株被鉴定为黑曲霉（Aspergillus niger）。功能验证表明，VN2能分泌148.32 μg/ml的吲哚-3-乙酸（IAA），其产量随培养时间和色氨酸浓度增加而升高；溶解磷酸盐（溶磷指数1.16）；产生羟肟酸盐型铁载体（72.66%单位）；并显示ACC脱氨酶活性（134.40 μmol α-酮丁酸/小时/毫克蛋白），证实其具有多重促生机制。

接种实验与盐胁迫处理

将黑曲霉VN2的分生孢子悬浮液（1×10⁸ conidia/ml）接种至绿豆幼苗，设置150 mM、200 mM和250 mM NaCl胁迫处理。实验分为四组：未接菌无胁迫（T1）、未接菌盐胁迫（T2）、接菌无胁迫（T3）和接菌盐胁迫（T4）。培养20天后，评估植株生长指标、生理参数和分子响应。

生长促进与生理响应

盐胁迫显著抑制了绿豆的生长（根长、株高、生物量和叶片数减少），而接种VN2的植株在所有胁迫浓度下均表现出更好的生长状态。在250 mM NaCl条件下，接菌植株的根长、株高和叶片数分别比未接菌组提高1.83倍、1.66倍和2.33倍；根和茎的鲜重、干重以及相对含水量（RWC）也显著增加。光合色素含量（叶绿素a、b和类胡萝卜素）在盐胁迫下下降，但接菌处理后分别恢复40.51%、42.76%和68.35%，表明真菌缓解了盐胁迫对光合系统的破坏。

氧化应激调控

盐胁迫导致活性氧（ROS）积累，引发膜脂过氧化和电解质泄漏。未接菌植株的丙二醛（MDA）含量和电解质泄漏率在250 mM NaCl下分别上升2.78倍和9.67倍，而接菌组显著降低（MDA减少43.07%，电解质泄漏下降57.35%）。此外，接菌植株的DPPH自由基清除活性提高1.46倍，内源IAA水平上升4.31倍，而应激标志物脯氨酸含量下降63.53%，表明VN2通过增强抗氧化能力维持细胞稳态。

细胞活力与氧化物质定位

荧光显微镜观察显示，盐胁迫下未接菌根尖细胞存活率降低（PI染色红色荧光增强），过氧化氢（H₂O₂，DCF-DA绿色荧光）和谷胱甘肽（MCB蓝色荧光）积累显著。接菌植株的荧光强度减弱，证明VN2提高了细胞存活率，降低了氧化损伤。

DNA损伤与基因保护效应

彗星试验首次揭示了黑曲霉VN2的基因保护作用。250 mM NaCl胁迫下，未接菌植株的DNA尾长、尾DNA百分比、尾矩和橄榄尾矩均显著增加，而接菌组这些参数分别降低22.00%、14.35%、28.03%和26.18%，表明真菌有效减轻了盐胁迫引起的DNA断裂。

生物分子谱分析

FTIR光谱显示，盐胁迫导致未接菌植株的蛋白质、碳水化合物、脂类和核酸特征吸收峰强度下降，而接菌样本的谱图与无胁迫组接近。PCA分析进一步证实，接菌处理使胁迫样本的生物分子组成恢复到接近正常水平，聚类距离缩短73.5%（PC1），表明VN2逆转了盐胁迫引起的代谢紊乱。

本研究结论表明，从埃及荆树中分离的内生黑曲霉VN2通过多种机制增强绿豆的盐胁迫耐受性：一是直接促进生长（分泌IAA、溶磷、产铁载体）；二是调节氧化平衡（降低MDA、提高抗氧化活性）；三是保护基因组完整性（减少DNA损伤）；四是维持生物分子稳态（FTIR和PCA验证）。这些发现不仅为微生物抗盐机制提供了新的见解（如首次报道黑曲霉的基因保护功能），而且为开发基于真菌的生物接种剂提供了可靠候选菌株，对推动可持续农业发展具有重要意义。未来研究可进一步探索VN2在大田条件下的应用潜力及其与其他作物的互作效应。