《Plant Physiology and Biochemistry》：Native PGPR enhance propagation and specialized metabolites in the aromatic and medicinal plant
Minthostachys verticillata
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研究人员发现，土著植物促生根际细菌（PGPR）增强了Minthostachys verticillata的生根能力。Stutzerimonas stutzeri SM33提高了叶表腺毛密度和精油（EO）积累。PGPR接种调控了与单萜生物合成相关的植物激素谱及基
研究人员发现，土著植物促生根际细菌（PGPR）增强了Minthostachys verticillata的生根能力。Stutzerimonas stutzeri SM33提高了叶表腺毛密度和精油（EO）积累。PGPR接种调控了与单萜生物合成相关的植物激素谱及基因表达。与模型PGPR菌株Pseudomonas simiae WCS417r相比，土著根际细菌对次生代谢表现出更强的促进效应。
研究背景与目的
Minthostachys verticillata (Griseb.) Epling，俗称“peperina”，是阿根廷最具代表性的原生芳香药用植物之一，属于唇形科（Lamiaceae）。该物种的精油富含pulegone、menthone、limonene等单萜成分，具有抗菌、抗真菌、抗病毒、杀虫等多种生物活性，并已被收录于阿根廷国家药典。然而，目前其原料供应仍主要依赖野生采收，导致自然种群压力增大、原材料质量波动以及遗传资源退化，严重制约了标准化生产和可持续利用。因此，亟需发展能够提高繁殖效率、生物量和次生代谢产物积累的可持续栽培策略。
植物促生根际细菌（plant growth-promoting rhizobacteria, PGPR）可通过产生植物激素、溶解养分、缓解逆境以及调节植物次生代谢等机制促进植物生长。在芳香植物中，PGPR还可能通过影响内源激素信号和腺毛发育来改变精油相关代谢。研究人员前期从M. verticillata根际分离出具促生活性的土著菌株Stutzerimonas stutzeri SM33，但尚未评估其对peperina繁殖、腺毛发育和次生代谢的影响。本研究以土著菌株SM33与模型菌株Pseudomonas simiae WCS417r为对象，系统比较二者对M. verticillata种子萌发、扦插生根、精油积累、总酚含量、腺毛密度、相关基因表达及植物激素水平的作用，旨在为开发基于土著PGPR的生物接种剂、推动该物种栽培化与资源保护提供依据。
主要关键技术方法
研究人员采用种子发芽试验和扦插生根试验（含或不含0.1%萘乙酸（NAA）生根剂）评价繁殖能力；利用气相色谱-火焰离子化检测（GC-FID）和气相色谱-质谱联用（GC-MS）测定精油产量与成分；采用Folin-Ciocalteu法测定总酚含量；通过光学显微镜计数叶片近轴面与远轴面peltate腺毛密度；运用实时荧光定量PCR（RT-qPCR）检测柠檬烯合酶（Ls）和蒲勒酮还原酶（Pr）基因表达；采用固相萃取-超高效液相色谱-串联质谱（SPE-UPLC-MS/MS）测定茉莉酸（JA）、茉莉酸异亮氨酸（JA-Ile）、12-氧-植物二烯酸（OPDA）、水杨酸（SA）和脱落酸（ABA）。种子采自阿根廷Santa María de Punilla地区；SM33分离自M. verticillata根际，WCS417r分离自荷兰小麦根际，作为模型菌株。
研究结果
3.1 繁殖（Propagation）
3.1.1 种子萌发（Seed germination）
种子萌发率不受细菌接种显著影响，对照组、SM33和WCS417r处理间无统计学差异。结果表明两种PGPR菌株在该实验条件下均不能促进peperina种子萌发。
3.1.2 生根能力（Rooting Capacity）
单独施用生根剂（RA）可显著提高根干重；SM33接种也能促进生根，效果与RA相当，而WCS417r与对照组无显著差异。SM33与RA联合处理获得最高根干重，显著高于所有其他处理；WCS417r与RA联合则未超过RA单独效果。这表明SM33具有促进不定根形成的能力，并与外源生长素类物质存在协同或累加效应，且该响应具有菌株特异性。
3.2 植物化学与代谢响应（Phytochemical and metabolic responses）
3.2.1 精油含量（Essential Oils Content）
两种菌株均显著提高精油含量，其中SM33使精油总量增加约52%，WCS417r增加约27%。在主要精油成分中，两菌株均提高menthone含量，menthol无显著变化；pulegone作为最主要成分，以SM33处理最高，WCS417r次之，对照最低。表明SM33不仅增强精油积累，还可改变精油化学组成。
3.2.2 总酚含量（Total Phenolic Content）
SM33和WCS417r均使总酚含量增加约32%，两菌株间无显著差异，但均显著高于对照。说明两种PGPR在促进酚类化合物积累方面能力相当。
3.2.3 腺毛密度（Glandular trichome）
两种菌株均提高叶片近轴面和远轴面的peltate腺毛密度。SM33在近轴面增加约134%，远轴面增加约174%；WCS417r分别增加约58%和80%。SM33对腺毛发育的刺激作用明显强于模型菌株。
3.2.4 精油生物合成相关基因表达（Expression of genes related to essential oil biosynthesis）
Ls基因表达在SM33与对照间无显著差异，而WCS417r处理使其显著下降。Pr基因表达在两种菌株处理下均上调，SM33处理约为对照的2倍，WCS417r上调幅度较小。表明细菌接种可差异调控单萜合成相关基因，且SM33对Pr具有更强诱导作用。
3.2.5 植物激素谱（Phytohormone Profiling）
两种菌株均显著提高JA、JA-Ile和SA水平，OPDA在SM33处理下积累最高，ABA不受接种影响。结果表明PGPR接种激活了茉莉酸和水杨酸相关防御信号通路，而ABA信号保持不变。
3.3 多变量分析（Multivariate analysis）
3.3.1 主成分分析（Principal Component Analysis, PCA）
主成分分析显示，前两个主成分共解释99.1%的总方差（PC1为75.1%，PC2为24.9%）。接种处理与对照明显分离；SM33与精油含量、pulegone、腺毛密度和根干重密切关联，WCS417r则与SA、JA和总酚含量关系更紧密。这表明土著菌株与模型菌株在M. verticillata中触发不同的生理代谢响应模式。
讨论与结论
讨论部分指出，PGPR对种子萌发无显著影响可能与种子内源激素的严格调控有关，而SM33促进生根可能与其前期报道的吲哚乙酸（IAA）产生能力有关，但本研究未直接测定根系激素水平。SM33与NAA联合处理的增效作用提示细菌源信号与外源生长素之间存在协同可能。SM33同时提高腺毛密度、精油产量、Pr表达以及JA和SA水平，表明该菌株可诱导与防御和次生代谢相关的整体代谢重编程；但未进行病原菌挑战试验，因此不能将其解释为诱导系统抗性。尽管S. stutzeri原属于Pseudomonas属，现已被归入Stutzerimonas属，其仍具有多种典型PGPR特性。SM33的挥发性有机物（VOCs）可能参与调节植物代谢，但本研究未检测VOCs。土著菌株SM33总体优于模型菌株WCS417r，研究人员认为这可能与其对peperina根际环境的生态适应有关，但仍需定殖研究加以证实。
研究结论可概括为：PGPR接种显著调节M. verticillata的繁殖、腺毛发育、JA和SA水平及次生代谢；其中土著根际菌S. stutzeri SM33在精油生产力和营养繁殖相关性状上优于模型菌P. simiae WCS417r。适应peperina根际的土著菌株可能与其宿主建立更高效的互作关系，尽管仍需通过更广泛的菌株比较加以确认。此类土著菌株可作为药用和芳香植物定制栽培策略的潜在生物接种剂。菌株间差异效应说明PGPR作用具有高度菌株特异性。这些发现为土著PGPR在芳香药用植物中的作用提供了新认识，有助于发展基于微生物的M. verticillata栽培、驯化与生产力提升技术，长期有望减轻对野生种群的采收压力。
