内生芽孢杆菌属（Bacillus）与假单胞菌属（Pseudomonas）细菌在诱导干旱胁迫下促进番茄与菜豆植株生长的功能作用

《Frontiers in Plant Science》：The functional roles of endophytic Bacillus and Pseudomonas bacteria to improve tomato and bean plants’ growth under induced-drought stress conditions

　　

干旱是制约作物生产力的关键因素，因此亟需可持续策略以提升植物抗逆性。本研究评估了三株具有植物促生性状和基因组潜力的内生细菌，即枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）BS-114与BS-116，以及瓦登斯维尔假单胞菌（Pseudomonas wadenswilerensis）PPW-26，在菜豆（Phaseolus vulgaris）与番茄（Solanum lycopersicum）中增强干旱抗性的能力。研究人员通过聚乙二醇（PEG）诱导干旱的体外筛选、温室干旱验证及开放田间评价开展研究。细菌接种改善了PEG胁迫下的种子萌发、幼苗活力与植株水分状况，作物间呈菌株依赖性响应，菜豆效应最明显。温室干旱下，接种菜豆植株光合性能与相对含水量（RWC）改善，氧化损伤与脯氨酸积累降低，并与脱落酸（ABA）信号、抗氧化防御及渗透保护相关干旱响应基因表达变化有关，较未接种干旱胁迫植株产量提高52%。基于温室表现，含BS-114与两株额外芽孢杆菌（Bacillus）的菌群在田间试验中产量与常规NPK施肥及商品藻基生物刺激剂相当。结果表明，源自药用植物的有益内生细菌可通过调控植株水分状况、激素信号与氧化应激响应增强干旱抗性。

研究背景方面，干旱作为重大环境胁迫持续威胁农业生产力与粮食安全，全球变暖加剧了水文极端事件。菜豆与番茄分别对生殖期缺水与早期生长缺水高度敏感，干旱会导致氧化损伤、光合色素下降、生物量降低与减产。尽管植物促生细菌和细菌内生菌在增强抗旱性上潜力显著，但既有文献多聚焦单菌株、单作物、实验室或温室条件，缺乏对菌群协同效应、非宿主药用植物来源内生菌跨宿主促生机制，以及田间条件下性能维持的系统证据。为此，研究人员假设具有促生性状的内生芽孢杆菌属（Bacillus）与假单胞菌属（Pseudomonas）可经生理、生化与分子层面调控增强菜豆和番茄的干旱韧性，并进一步检验其从受控条件向开放农田转化的可行性。该论文发表于《Frontiers in Plant Science》。

主要关键技术方法包括：从大麻（Cannabis sativa）与白屈菜（Chelidonium majus）来源菌株中筛选具促生与胁迫相关化合物合成能力的分离株；体外以PEG-8000诱导轻度和中度干旱，评价菜豆与番茄种子萌发、幼苗活力指数（SVI）、根长、幼苗含水量与根冠比；温室盆栽将土壤相对湿度由约80%渐降至30%开展干旱—复水试验，测定气体交换、RWC、丙二醛（MDA）、脯氨酸及NCED3、LTP41、ERD10、LEA18、DnaJ3、P5CS10等干旱响应基因实时荧光定量PCR（qRT-PCR）表达；田间在魁北克Lavaltrie与Saint Rémi于非干旱季节以随机区组或单plot初步试验比较菌群、NPK与商品藻基生物刺激剂（CB）产量。样本队列来源分别为药用植物内生菌库、菜豆品种Gold Rush Yellow与番茄品种Beefsteak幼苗、温室盆栽菜豆、田间菜豆与番茄处理行。

研究结果如下。

3.1 聚乙二醇干旱胁迫下细菌接种对菜豆与番茄幼苗的影响：体外assay显示，15% PEG下BS-114与BS-116显著提高菜豆萌发率，PPW-26显著提升SVI、根长与幼苗含水量至接近充分供水水平；10% PEG下番茄仅见BS-116使根冠比回向地上部偏移，但多数指标无统计显著。研究人员据此判断菜豆响应强于番茄，推进菜豆温室评价。

3.2 温室干旱条件下细菌接种对菜豆的评价：3.2.1 生长与生理参数显示，BS-116、菌群（CONS）与BS-114促进株高、花芽数；干旱下BS-114与CONS光合速率（A）较对照提升约106%与89.4%，CONS+NPK₅₀、PPW-26与BS-116提升RWC；复水后CONS.NPK₁₀₀、BS-116、CONS分别较未接种干旱对照增产52%、50%与40%。3.2.2 接种菌胞外多糖（EPS）与叶片生化显示，15% PEG下PPW-26的EPS增141.9%；复水后CONS与BS-116降低脯氨酸，PPW-26、BS-116、CONS降低MDA，说明氧化与渗透胁迫减轻。3.2.3 基因表达分析显示，未接种对照中NCED3、LTP41、LEA18、ERD10、DnaJ3、P5CS10均上调，而BS-116与PPW-26处理下调这些ABA依赖与非依赖途径标记，表明接种株进入低胁迫感知的恢复态。

3.3 开放田间条件下细菌接种对菜豆与番茄产量的影响：菜豆田间CONS区块产量4.84 kg，显著高于CB的3.24 kg且与NPK的4.16 kg相当；番茄单plot初步试验中CONS总行产量1048.7 kg、CB为1022.4 kg、NPK为921.5 kg，因无重复仅作描述性趋势。

讨论部分总结：研究人员指出，IAA与EPS分别通过促根发育和根际保水参与抗旱；BS-114偏光合激活，BS-116与PPW-26偏水分维持与渗透调整，功能互补支撑菌群设计。MDA与脯氨酸下降反映活性氧（ROS）解毒与渗透保护需求降低，而非耐受性减弱。qRT-PCR结果间接说明接种降低ABA信号与脱水响应通路激活。田间试验虽非干旱验证，但证明受控研究筛出的芽孢杆菌（Bacillus）菌群可在复杂农田维持促生性能，接近NPK与藻基生物刺激剂；番茄缺乏重复需谨慎解释，未来需多年重复与限水情景验证。

结论部分翻译：本研究评估了具EPS、IAA、铁载体（siderophore）、有机酸、超氧化物歧化酶（SOD）与脯氨酸合成等促生性状的内生芽孢杆菌属（Bacillus）与假单胞菌属（Pseudomonas）作为生物接种剂在干旱下提升作物性能的潜力。响应具宿主与菌株依赖性：体外中菜豆较番茄改善更显著；温室干旱下接种菜豆生长、水分状况、光合性能改善，氧化胁迫降低，复水后干旱响应基因表达下调；单菌株功能互补促成菌群，其在受控条件下表现最强，在开放农田中与标准施肥和商品生物刺激剂相当。研究支持功能互补内生细菌菌群作为微生物生物刺激剂用于可持续生产，未来需多组学结合多年重复田间试验以明晰机制与跨作物表现。