《Plants》：Phosphate-Solubilizing Bacteria with Contrasting Arsenate Tolerance Sustain Phosphorus Nutrition and Restrict Arsenic Translocation in Peanut
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砷酸盐[As(V)]与磷酸盐在吸收过程中存在竞争关系，这对缺磷且受砷影响的农业系统中花生生产构成了挑战。研究人员研究了具有对比性As(V)耐受表型的解磷植物促生细菌（phosphate-solubilizing plant growth-promoting b
砷酸盐[As(V)]与磷酸盐在吸收过程中存在竞争关系，这对缺磷且受砷影响的农业系统中花生生产构成了挑战。研究人员研究了具有对比性As(V)耐受表型的解磷植物促生细菌（phosphate-solubilizing plant growth-promoting bacteria, PS-PGPB）在与慢生根瘤菌（Bradyrhizobium sp. SEMIA6144）共同接种时，是否仍能保持功能并使花生受益。研究人员筛选了4株解磷菌株：本地肠杆菌属（Enterobacter sp. J49）、沙雷氏菌属（Serratia sp. S119和Serratia sp. J260），以及商业菌株Pseudomonas pergaminensis PMT1。J49和PMT1可耐受毫摩尔级As(V)，而S119和J260在微摩尔浓度下即受抑制。As(V)使J49和PMT1的可溶性磷增加，使S119维持不变，而使J260降低。在J49和S119中，As(V)提高了砷酸还原酶和超氧化物歧化酶活性，但仅S119表现出脂质过氧化并诱导了谷胱甘肽相关酶，揭示了菌株特异性暴露条件下的不同氧化还原响应。尽管存在上述差异，两株菌在植物体内却表现出趋同效应。在区域相关浓度3 μM As(V)条件下，与仅添加磷酸三钙（tricalcium phosphate, PTC）相比，任一菌株的共同接种均提高了供PTC植物地上部的磷浓度，并将地上部砷限制在方法检测限以下，且未显著降低根部砷浓度。然而，砷在J49处理组的根瘤中积累，而在S119处理组中未检出。这些发现表明，菌株–植物–根瘤菌的整合性能是选择既能偶联磷获取又能限制可检出总砷向地上部转运的接种剂的关键标准。
一、研究背景与科学问题
砷是一种高毒性、非必需类金属元素，其在土壤和地下水中的存在既构成农业问题，也构成公共卫生问题。人类可通过饮用受污染地下水直接暴露于砷，也可通过食用从生长环境中吸收砷的农作物间接暴露。在阿根廷科尔多瓦省南部，非承压含水层含有天然地质成因砷，碱性条件和氧化物/氢氧化物表面的解吸作用促进了砷的释放。该地区地下水砷浓度为8–2400 μg/L（约0.1–32 μM），平均463 μg/L（约6.2 μM）。地下水位季节性上升和洪水事件可能将含砷地下水带入根区，为根部暴露提供了独立于灌溉的直接途径。该问题对花生生产具有重要区域意义：阿根廷2025/26种植季花生种植面积约406,000公顷，科尔多瓦省占全国产量约75%和几乎所有国内加工能力。
砷酸盐[As(V)]对植物营养的影响与磷（P）有效性密切相关。作为磷酸盐的化学类似物，砷酸盐可通过磷酸盐转运系统进入植物和微生物，将磷获取与类金属暴露和毒性直接联系起来。科尔多瓦花生产区土壤磷有效性低，获取难利用磷库是作物表现的重要决定因素。解磷菌（phosphate-solubilizing bacteria, PSB）可从难溶矿物形态释放磷酸盐并改善花生磷获取。然而，在类金属暴露下存活并不必然保证这些功能得以保持。砷可以以强烈依赖菌株的方式改变细菌活力和个体PGP性状，高耐受分离株并不总是表达植物促生长所需的功能属性。因此，耐受性必须被视为一个整合的生理表型，不仅涉及存活，还涉及磷动员、氧化应激管理和与宿主植物相关功能的维持。
前期工作表明，即使3 μM As(V)这一低浓度也能诱导结瘤花生植株显著的生理和氧化还原改变，且慢生根瘤菌伙伴强烈影响植物表现和器官特异性砷分配。研究人员因此假设：具有对比性As(V)耐受表型的花生相关PS-PGPB将保持功能性磷溶解能力，并在与慢生根瘤菌（Bradyrhizobium sp. SEMIA6144）共同接种时，在环境相关As(V)暴露下维持花生磷营养并限制砷转运。
二、研究内容与主要结论
研究人员筛选了4株解磷菌株：本地肠杆菌属（Enterobacter sp. J49）、沙雷氏菌属（Serratia sp. S119和Serratia sp. J260）以及商业菌株Pseudomonas pergaminensis PMT1。J49和PMT1可耐受毫摩尔级As(V)，而S119和J260在微摩尔浓度下即受抑制。基于对比性活力响应，S119和J260被分类为砷敏感菌株，PMT1和J49为砷耐受菌株。在菌株特异性暴露条件下，As(V)使J49和PMT1的可溶性磷浓度显著增加，S119无显著变化，而J260显著降低。在J49和S119中，As(V)提高了砷酸还原酶和超氧化物歧化酶活性，但仅S119表现出脂质过氧化并诱导谷胱甘肽相关酶，揭示了不同氧化还原响应。
在植物实验中，研究人员在3 μM As(V)条件下，以五种处理（无磷、磷酸三钙PTC、可溶性磷、PTC+S119、PTC+J49）评估了共同接种效果。结果表明：尽管两株菌在纯培养中表现出对比性耐受表型和不同氧化还原响应，但在植物体内产生趋同效应——均维持了花生磷营养并将地上部砷限制在方法检测限以下。然而，两株菌在植物生长、氮营养和地下部砷分配方面表现出菌株特异性效应。J49处理组砷在根瘤中积累（57.43 μg As/g DW），而S119处理组根瘤和地上部均未检出砷。根砷浓度在各处理间无显著差异，表明PS-PGPB共同接种改变了砷在植物体内的分配，限制了根向地上部的转运，而非均匀降低根部砷积累。
三、关键技术与方法
本研究采用以下主要技术方法：菌株分离自阿根廷科尔多瓦省花生生产区花生根瘤（433株细菌分离物），PMT1为阿根廷商业接种剂RIZOFOS?所用菌株；微液滴法测定细菌活力（CFU/mL）；NFb无氮半固体培养基评估潜在联合固氮生长；CAS琼脂法定性检测铁载体产生；NBRIP培养基定性和定量评估磷酸盐溶解能力；ICP-MS测定细菌细胞结合砷和植物器官总砷浓度；砷酸还原酶活性测定基于NADPH氧化监测；SOD、GPX、GST活性分别采用NBT光化学还原抑制法、偶联测定法和CDNB结合法；H?O?含量采用碘化钾法；脂质过氧化采用TBARS法；植物实验采用改良Leonard罐装置，砂–蛭石（2:1 v/v）为基质，无氮Hoagland营养液，花生品种Granoleico，收获于R1期（始花期）；凯氏定氮法测定地上部氮含量；钒钼酸盐比色法测定磷浓度。
四、研究结果
2.1 As(V)对细菌生长和活力的影响：4株菌在12小时暴露期内均保持活力，但活力计数受As(V)浓度影响不同。S119在40和50 μM时显著降低（50 μM时较对照降低67.6%）；J260在50 μM时降低79.1%；PMT1和J49从1 mM起显著降低，4 mM时分别降低84.5%和94.0%，但仍保持可存活群体。
2.2 As(V)暴露下的植物促生性状：4株菌在As(V)暴露下均保持潜在联合固氮生长能力。S119在任何条件下均未检测到铁载体产生，而J49、PMT1和J260在对照条件下产生铁载体，但在As(V)暴露下不再检出。磷酸盐溶解晕圈直径受As(V)暴露显著影响：J49降低30.0%，PMT1降低47.4%，J260降低34.6%，而S119增加45.8%。
2.3 菌株特异性As(V)暴露下磷酸盐溶解定量和细胞结合砷浓度：As(V)暴露使J49可溶性磷从30.2增至72.0 μg P/mL，PMT1从33.2增至80.6 μg P/mL，S119无显著变化，J260从39.8降至16.6 μg P/mL。细胞结合砷范围为J49和PMT1的115–142 μg As/g DW，S119和J260的66–74 μg As/g DW。
2.4 细菌氧化和抗氧化响应：砷酸还原酶活性在J49和S119中分别增加5.4倍和6.7倍。H?O?含量在两株菌中均显著增加。脂质过氧化仅在S119中显著增加3.3倍。SOD活性在两株菌中均增加约4倍。GPX和GST活性在J49中无显著变化，在S119中分别增加206.9%和311.2%。
2.5 P有效性、PS-PGPB共同接种和As(V)暴露对花生生长和结瘤的影响：As(V)暴露使无磷处理根长降低69.5%，PTC+S119降低34.4%，PTC+J49降低51.3%。地上部干重在各处理间以PTC+J49最高，As(V)总体使地上部干重降低13.3%。As(V)独立于处理使根瘤数和根瘤干重分别降低33%和30%。
2.6 As(V)暴露和PS-PGPB共同接种对地上部N含量和P浓度的影响：As(V)使除PTC外所有处理的地上部N含量显著降低，PTC反而增加。As(V)使PTC处理地上部P浓度显著降低，可溶性磷处理增加，而PTC+S119和PTC+J49处理无显著变化。在As(V)暴露下，可溶性磷和两种共同接种处理的地上部P浓度最高，显著高于PTC和无磷处理。
2.7 花生植株中砷积累和转运：根砷浓度在各处理间无显著差异。P-free、PTC和可溶性磷处理的地上部砷浓度相似，而两种共同接种处理的地上部均未检出砷。根瘤砷浓度在PTC最高（73.62 μg As/g DW），PTC+J49次之（57.43 μg As/g DW），可溶性磷最低（15.59 μg As/g DW），P-free和PTC+S119处理根瘤未检出砷。转运因子在P-free、PTC和可溶性磷处理间无显著差异（分别为0.28、0.22和0.22），共同接种处理因地上部未检出砷而未计算。
五、讨论与结论
讨论部分指出，尽管J49和S119在纯培养中表现出对比性As(V)耐受阈值和不同氧化还原响应，但在3 μM As(V)的植物实验中均维持了花生磷营养并将地上部砷限制在检测限以下。两株菌在生长、氮营养和地下部砷分配方面的对比性效应表明，植物水平的表现源于完整的菌株–植物–根瘤菌相互作用。最大细菌As(V)耐受性不应作为接种剂选择的唯一标准。J49处理组砷在根瘤中积累而S119处理组未检出，表明两株菌产生了不同的地下部砷分配模式，但均趋同于限制可检出总砷向地上部转运这一农业相关结果。
研究结论：尽管两株PS-PGPB具有对比性As(V)耐受表型和菌株特异性体外暴露下的不同氧化还原响应，但在3 μM As(V)下产生趋同效应——维持花生磷营养并将地上部砷限制在方法检测限以下，同时对植物生长、氮营养和地下部砷分配产生菌株特异性效应。受砷影响环境的有效接种剂选择应考虑完整菌株–植物–根瘤菌关联的整合性能。本地PS-PGPB与慢生根瘤菌（Bradyrhizobium sp. SEMIA6144）共同接种为在受控条件下从难利用磷源改善磷获取并限制可检出总砷向地上部转运提供了有前景的策略，但需田间条件下进一步验证。
