来自高盐海岸生态系统的新型耐盐真菌内生菌作为盐胁迫下番茄和小麦早期生长性能的可持续生物刺激素

《Frontiers in Plant Science》：Novel halotolerant fungal endophytes from hypersaline coastal ecosystems as sustainable biostimulants for early growth performance of tomato and wheat under saline stress

　　

土壤盐渍化严重限制番茄（Solanum lycopersicum L.）和小麦（Triticum aestivum L.）等关键作物的种子萌发、幼苗建成和营养生长。来自极端环境的内生真菌是缓解盐胁迫的有前景的生物刺激素，然而对来自高盐海岸生态系统的分离株进行系统评估的研究仍然匮乏。在此，研究人员采用四阶段筛选流程评估了来自伊比利亚半岛东南部盐渍海岸生态系统的28株内生真菌分离株：（i）盐度和温度耐受性的离体表征，（ii）递增NaCl梯度下的萌发生物测定，（iii）受控环境盆栽实验中盐胁迫下的幼苗发育，以及（iv）两种作物中的抗氧化酶谱分析（POD、CAT、SOD）。离体筛选揭示了由显著的分离株×温度×NaCl互作驱动的广泛表型多样性，解析出两个功能超簇：以Sordaria fimicola（BC05、BC06）为代表的具有广适型热塑性的耐热类群，以及包含若干Trichoderma分离株的胁迫敏感中温类群，其中BC47（Nothophoma gossypiicola）被鉴定为耐盐专化型菌株。真菌接种显著调节萌发过程，其响应强烈依赖于作物种类、盐度水平和内生菌身份。在番茄中，分离株BC06（S. fimicola）、BC17（Clarireedia sp.）、BC47和BC52（N. gossypiicola）在100 mM NaCl条件下维持了胚根出现；而在小麦中，BC06是唯一能够在300 mM NaCl条件下克服完全萌发抑制的分离株，显著扩展了该物种的渗透耐受极限。在盐渍盆栽条件下，接种使番茄叶面积最高增加60%，根干重最高增加340%，而小麦的响应大多为中性或负面，其中BC24（Trichoderma gamsii）是唯一的地上部生物量增强菌株（+58.1%），BC50（T. saturnisporum）则独特地改善了迪克森质量指数（DQI）。抗氧化酶活性在两种作物之间呈现出对比鲜明的、宿主特异性和环境依赖性模式。总体而言，本研究首次提供了S. fimicola、Clarireedia narcissi和N. gossypiicola作为盐胁迫下有效真菌生物刺激素的证据，并强调了来自极端海岸环境的非传统内生菌的生物技术潜力，为盐渍化农业系统中可持续生物接种剂的理性筛选奠定了基础。

土壤盐渍化是全球农业面临的最严峻威胁之一，尤其危害干旱和半干旱地区的作物生产。盐胁迫通过离子毒害、渗透失衡和活性氧（ROS）介导的氧化损伤，严重抑制番茄和小麦等主粮作物的种子萌发、幼苗建成和营养生长。传统治理策略如耐盐品种选育、灌溉优化和土壤改良等，单独应用时存在成本高、见效慢或环境风险等问题。近年来，基于有益微生物的生物策略受到广泛关注，其中真菌内生菌因其能定殖于植物内部组织而不引起病害，并通过调节渗透平衡、激素稳态、抗氧化系统和离子均衡等机制增强宿主耐盐性，成为可持续生物刺激素的重要来源。木霉属（Trichoderma）和深色有隔内生真菌（DSE）是研究最为深入的两类耐盐促生真菌，但两者在标准化条件下的系统比较研究仍显不足，尤其缺乏对未充分开发极端环境中新分离株的功能评价。因此，研究人员从西班牙东南部伊比利亚半岛的盐沼、Cabo de Gata-Níjar自然公园、Adra泻湖及Roquetas de Mar湿地等高盐海岸生态系统采集植物根系，分离获得28株内生真菌，系统评估其在盐胁迫下对番茄和小麦萌发及早期生长的生物刺激潜力。该研究首次报道了Sordaria fimicola、Clarireedia narcissi和Nothophoma gossypiicola作为盐胁迫下有效生物刺激素的证据，为非传统内生菌在盐渍化农业中的应用提供了重要理论依据，相关成果发表于《Frontiers in Plant Science》。

研究人员采用了四阶段筛选流程。第一阶段通过离体培养，在3个温度（15、25、35℃）和6个NaCl浓度（0–20 g L^-1）组合下测定28株真菌的径向生长速率，结合层次聚类分析（HCA）和主成分分析（PCA）解析其表型多样性；第二阶段开展种子萌发生物测定，在番茄（0–100 mM NaCl）和小麦（0–300 mM NaCl）的递增盐梯度下评估各菌株对萌发的保护效应；第三阶段通过受控环境盆栽实验，在100 mM（番茄）和150 mM（小麦）NaCl持续胁迫下测定幼苗生长参数及迪克森质量指数（DQI）；第四阶段测定过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）和超氧化物歧化酶（SOD）活性，并结合Spearman相关分析探究酶活性与生物量的关联。所有分离株均经ITS测序鉴定并保藏于GenBank，盆栽实验采用完全随机设计，每处理20个重复。

在盐度和温度对真菌生长的影响方面，三因素方差分析显示分离株身份解释了51.2%的总方差，温度效应（8.6%）显著大于盐度效应（2.1%），分离株×温度互作解释27.2%的方差，表明盐耐受性并非静态性状，而受热条件强烈调控。HCA将菌株分为两个功能超簇：以Sordaria fimicola BC05/BC06为代表的耐热广适型类群和包含多数Trichoderma分离株的胁迫敏感中温类群，其中BC47（N. gossypiicola）被鉴定为耐盐专化型，在低温高盐组合下呈现最高的正向Z-score偏离。

在种子萌发方面，接种效应强烈依赖于作物种类、盐度水平和菌株身份。番茄在100 mM NaCl下萌发受到显著抑制，但BC06（S. fimicola）、BC17（Clarireedia sp.）、BC47和BC52（N. gossypiicola）能维持胚根出现；小麦在150 mM NaCl时对照萌发率大幅下降，BC49、BC46和BC12分别提高萌发能力168.8%、162.6%和156.4%，200 mM NaCl下BC20和BC31提高277.6%，而在300 mM NaCl导致对照完全抑制时，BC06是唯一突破致死阈值的菌株，萌发数达到5.33±1.15，相当于非接种对照在150 mM NaCl下的水平。

在幼苗发育方面，番茄对接种的响应高度受盐度调控。盐胁迫下14个菌株使叶面积显著增加21.34%–60.0%，其中BC47增幅最大；BC06、BC34、BC42和BC49分别使总生物量提高62.68%、55.94%、21.02%和31.09%；BC05、BC06、BC34、BC42、BC44、BC46和BC49显著维持根干重。DQI分析揭示了三种功能响应类型：优化条件下促生型（如BC08、BC11、BC45）、盐胁迫诱导型（如BC42、BC51）和跨渗透环境稳定增强型（如BC04、BC06、BC47）。小麦的响应则大多为中性或负面，BC24（T. gamsii）是唯一显著提高地上部干重的菌株（+58.1%），BC50（T. saturnisporum）在盐胁迫下使根干重增加115%并独特地提高DQI。

在抗氧化酶活性方面，POD、CAT和SOD的响应呈现高度菌株-宿主-盐度特异性。番茄中，BC52和BC13在盐胁迫下显著上调POD，BC20、BC46和BC50选择性激活CAT；小麦中约半数菌株在非盐条件下组成型激活POD，BC48在盐胁迫下达到全组最高CAT值，而SOD在小麦中普遍受到抑制，仅BC31例外。Spearman相关分析显示酶活性与生物量之间缺乏普遍相关性，仅在番茄中检测到组成型POD活性与根干重呈正相关。

讨论部分指出，真菌介导的耐盐性提升在番茄中表现为一致性结果，在小麦中则为例外现象，强烈依赖于菌株身份、宿主物种和胁迫强度。三种功能抗氧化谱——组成型、胁迫诱导型和酶抑制型——反映了菌株间多样化的ROS管理策略。研究存在相关性设计和受控条件等局限性，未来需要通过多场所、多季节田间试验及Na⁺/K⁺比值、ROS标志物和基因表达等机制研究加以验证。

研究结论表明：来源于盐渍海岸生态系统的内生真菌蕴含着显著且功能多样的生物刺激潜力；盐耐受性是由渗透胁迫与热胁迫互作决定的多维适应能力，突出了多重胁迫筛选在鉴定气候适应性生物接种剂中的价值；S. fimicola（BC06）是最具广谱应用潜力的菌株；本研究首次提供了S. fimicola、C. narcissi和N. gossypiicola作为盐胁迫下有效生物刺激素的证据，拓展了有益内生真菌的已知范围，强调了来自极端海岸环境的非传统真菌类群在盐渍化农业系统中开发可持续生物接种剂的生物技术潜力。