陳夢(mèng)霞

（吉林師范大學(xué)，吉林四平 136000）

目前，全球鹽堿土分布范圍與占地面積越來(lái)越大，面積已超過(guò)8.33 億hm2，其中大多分布在非洲、亞洲和拉丁美洲的自然干旱或半干旱地帶。我國(guó)鹽漬土面積約為0.99 億hm2，占全球1/10 以上，這對(duì)我國(guó)糧食和生態(tài)安全造成了嚴(yán)重的影響。

土壤鹽漬化形成的原因有很多種，比如海平面上升和熱帶風(fēng)暴潮導(dǎo)致的氣候變化會(huì)增加土壤和水中鹽分[1]，地底深部含鹽地下水中的巖鹽和石膏的溶解導(dǎo)致地下水鹽度增加[2]，人為活動(dòng)可以將土壤鹽濃度提高到影響土壤質(zhì)量、微生物、植物和動(dòng)物生命的水平[3]。此外，堆肥中含有較高濃度的可溶性鹽，也可導(dǎo)致土壤鹽分含量偏高[4]。研究表明，植物根際促生菌（PGPR）與植物根系相互作用，可以減輕鹽分脅迫以提高作物生產(chǎn)力[5]。PGPR 也被用作生物接種劑，用于提高作物產(chǎn)量、防治植物病原體和改善土壤健康[6]。PGPR 能很好地適應(yīng)極端環(huán)境，為生物肥料和生物防治劑提供一個(gè)未開(kāi)發(fā)的倉(cāng)庫(kù)，以抵御農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的鹽脅迫[7]。

1 鹽脅迫對(duì)植物的影響

鹽脅迫是影響植物生長(zhǎng)發(fā)育的主要因素，鹽脅迫持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，植物受損程度越嚴(yán)重。在鹽脅迫條件下，細(xì)胞內(nèi)的Na+濃度增加，達(dá)到細(xì)胞毒性水平，最終導(dǎo)致離子穩(wěn)態(tài)失衡[8]。為了維持自身的離子平衡，植物通過(guò)Na+/H+反轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白將細(xì)胞質(zhì)中多余的Na+去除，以換取更多的H+，位于質(zhì)膜上的Na+/H+反轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白將Na+轉(zhuǎn)運(yùn)到質(zhì)外體[9]。鹽脅迫也會(huì)影響植物的滲透穩(wěn)態(tài)，比如細(xì)胞膨脹壓力縮小，質(zhì)膜收縮，細(xì)胞壁也會(huì)發(fā)生改變，此時(shí)植物則主要依賴于從基因表達(dá)和滲透物生物合成酶的激活到水運(yùn)輸系統(tǒng)的過(guò)程的滲透信號(hào)通路，以此改變植物細(xì)胞的滲透壓。

2 PGPR多樣性研究進(jìn)展

土壤中含有大量的微生物，包括細(xì)菌、真菌、病毒等，與植物根際相關(guān)的微生物更是種類繁多，構(gòu)成了復(fù)雜的植物相關(guān)微生物群落[10]。其中，PGPR 可以促進(jìn)植物生長(zhǎng)或控制病原體，通過(guò)接種該類細(xì)菌可以促進(jìn)植物發(fā)育并減輕病原體侵害和非生物脅迫[11]。

PGPR 分布范圍廣泛，并且具有豐富的多樣性。Sankalp 等在印度北方邦農(nóng)業(yè)氣候區(qū)分離出了1 125 種能夠耐受1M NaCl 的細(xì)菌，其中有560 種以1-氨基環(huán)丙烷基羧酸（ACC）作為唯一氮源，經(jīng)過(guò)細(xì)菌包被、種子萌發(fā)、耐受能力、16S rRNA 等實(shí)驗(yàn)與分析，最終確定芽孢桿菌屬（Bacillus）是西部平原地區(qū)的優(yōu)勢(shì)屬，對(duì)提高水稻幼苗的生物量具有積極作用[12-13]。He等人從中國(guó)西北部的甘肅省騰格里沙漠的梭梭樹(shù)的根際分離出編號(hào)為M30-35 的菌株，M30-35 是假單胞菌屬（Pseudomonas adaceae）中的一個(gè)新種；結(jié)果表明M30-35 通過(guò)增加枝條鮮重和干重、葉綠素含量、根體積、根活性、葉過(guò)氧化氫酶活性、可溶性糖和脯氨酸含量顯著增強(qiáng)多年生黑麥草的生長(zhǎng)和耐鹽性[14]。除了沙漠和平原，在高原地區(qū)也存在一定的鹽堿土，但因其海拔較高、氧氣稀薄、紫外線強(qiáng)等原因，可種植的農(nóng)作物并不多，故對(duì)高原地區(qū)PGPR 提高植物耐鹽性的研究相對(duì)較少。

3 PGPR 介導(dǎo)的鹽脅迫耐受機(jī)制研究進(jìn)展

鹽脅迫下，植物會(huì)發(fā)生各種生化變化，包括抗氧化酶的激活、植物激素的調(diào)節(jié)、離子吸收的變化、活性氧（ROS）的產(chǎn)生和光合作用途徑的破壞[15]，PGPR可以通過(guò)多種方式促進(jìn)植物共生體的生長(zhǎng)，從而針對(duì)多種脅迫因素提供交叉保護(hù)[16]。

3.1 激活抗氧化酶

PGPR 具有合成代謝抗氧化物的能力，可在植物體內(nèi)起到緩解植物氧化損傷、增強(qiáng)植物耐鹽能力的作用。此外，PGPR 還參與植物體內(nèi)基因調(diào)控，誘導(dǎo)相應(yīng)基因表達(dá)，參與氧化物清除。植物接種PGPR 有助于降低水稻在鹽分條件下的植物細(xì)胞膜指數(shù)、細(xì)胞半胱天冬酶樣蛋白酶活性和程序性細(xì)胞死亡，從而降低活性氧的毒性，為植物提供耐鹽能力并增加細(xì)胞活力，在植物對(duì)鹽脅迫的正向適應(yīng)中發(fā)揮重要的生長(zhǎng)調(diào)節(jié)作用[17]。克雷伯菌（Klebsiella）的分離菌株SURYA6 可以產(chǎn)生高活性的抗氧化酶，如超氧化物歧化酶（SOD）、過(guò)氧化氫酶（CAT）和谷胱甘肽氧化酶等，還可以產(chǎn)生各種PGP、鹽等改善和提高抗氧化代謝物的潛力，使其成為鹽分壓力管理的潛在生物接種劑[18]。能產(chǎn)生類胡蘿卜素的耐鹽細(xì)菌迪茨氏菌（Dietzia natronolimnaea）的STR1 菌株，可以通過(guò)調(diào)節(jié)植物耐鹽性的轉(zhuǎn)錄機(jī)制來(lái)保護(hù)小麥植物免受鹽脅迫；接種該菌株的小麥植株中各種抗氧化酶（如APX、MnSOD、CAT、POD、GPX 和GR）的基因表達(dá)增強(qiáng)，有助于提高對(duì)鹽脅迫的耐受性[19]。在鹽脅迫條件下，接種腸桿菌屬（Enterobacteriaceae）的菌株UPMR18 的秋葵植物中觀察到抗氧化酶活性（SOD、APX和CAT）增加，可能是一種有效的生物資源，可增強(qiáng)鹽脅迫下秋葵植物的耐鹽性和生長(zhǎng)能力[20]。玉米接種葡萄球菌菌株SAT-17 后，細(xì)胞抗氧化酶活性增加，并減輕了鹽誘導(dǎo)的細(xì)胞氧化損傷，促進(jìn)了玉米生長(zhǎng)[21]。這些研究表明，PGPR 在激活抗氧化酶、調(diào)節(jié)植物生理生化過(guò)程中具有重要作用。

3.2 植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑

PGPR 能夠通過(guò)產(chǎn)生植物激素[赤霉素（GAs）、脫落酸（ABA）、吲哚-3-乙酸（IAA）]直接定殖根部，增強(qiáng)植物細(xì)胞分裂和植物吸收水分及礦物質(zhì)的能力，并刺激植物內(nèi)源激素的增加，從而促進(jìn)種子萌發(fā)、根系發(fā)達(dá)、植株生長(zhǎng)和對(duì)逆境的抵抗作用。

PGPR 在產(chǎn)生IAA 中具有重要的促進(jìn)植物生長(zhǎng)的作用，這是由于它是調(diào)節(jié)植物發(fā)育的信號(hào)分子。細(xì)菌細(xì)胞與植物根系結(jié)合，以提高水分保持能力和防御系統(tǒng)對(duì)抗不同非生物脅迫的能力。研究報(bào)道，在鹽脅迫條件下，當(dāng)棉花接種產(chǎn)生IAA 的芽孢桿菌(Bacillus)后，植物的發(fā)芽率、根長(zhǎng)、枝條長(zhǎng)度、葉綠素含量指數(shù)、相對(duì)含水量、葉面積、K+吸收和Na+的吸收增加[22]。節(jié)桿菌（Arthrobacter）菌株SA3 在鹽分脅迫下增加了小麥的IAA 含量，且幼苗中的DREB2轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)水平升高，以此賦予小麥在非生物脅迫下的耐受性[23]。研究表明，熒光假單胞菌（Pseudomonas fluorescens）是在鹽脅迫條件下維持ACC 脫氨酶活性、鐵載體和IAA 生產(chǎn)的最佳菌株，可以有效緩解鹽度對(duì)黃瓜生長(zhǎng)的負(fù)面影響[24]。在鹽脅迫下添加ACC 導(dǎo)致乙烯信號(hào)正調(diào)節(jié)因子表達(dá)增加，抗氧化酶活性增強(qiáng)，從而提高了植物耐鹽性，加速了植物生長(zhǎng)。根際細(xì)菌合成的細(xì)胞分裂素通過(guò)減少鉀濃度下降的程度，改善鹽脅迫下番茄的枝條生長(zhǎng)[25]。在缺水條件下，將產(chǎn)生細(xì)胞分裂素的枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis）接種到萵苣幼苗上會(huì)增加枝條生物量的積累并縮短根系，而對(duì)根系生物量的影響很小[26]。

3.3 滲透保護(hù)劑

在應(yīng)對(duì)鹽脅迫時(shí)，植物會(huì)積累有機(jī)滲透物，例如脯氨酸、甘氨酸、甜菜堿等以減輕對(duì)植物的傷害。具有固氮能力的耐鹽PGPR 可以產(chǎn)生滲透物以保持鹽漬土壤中細(xì)胞的膨脹和新陳代謝[27]。Chen 等發(fā)現(xiàn)Bacillus subtilis可以增強(qiáng)擬南芥中脯氨酸的合成[27-28]。鹽脅迫下，腸桿菌（Enterobacteriaceae）使擬南芥葉片中與脯氨酸合成相關(guān)基因P5CS1和P5CS2均表達(dá)上調(diào)[29]。此外，PGPR 通過(guò)增加植物可溶性糖（TSS）含量抵御鹽脅迫。用Bacillus subtilis接菌小麥，不僅增加了脯氨酸的濃度，也增加了組織中可溶性糖的含量，兩者共同促成了植物的高耐鹽性[30]。接種芽孢桿菌（Bacillus）HL3RS14 菌株的植物根干重和枝條長(zhǎng)度增加，且顯示出高濃度的脯氨酸、甘氨酸甜菜堿和丙二醛[31]。利用鳥(niǎo)槍法分析大豆組織中的蛋白質(zhì)組表明，在接種慢生根瘤菌后，鹽脅迫下應(yīng)激反應(yīng)蛋白如過(guò)氧化氫酶和谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶（抗氧化劑）、富含脯氨酸的前體蛋白（滲透劑）和NADP 依賴性蘋果酸酶（與ABA信號(hào)傳導(dǎo)相關(guān)）增加[32]。

4 PGPR在不同作物中的應(yīng)用

惡臭假單胞菌（Pseudomonas putida）[33]、解淀粉芽孢桿菌（Bacillus amyloliquefaciens）[19,27]、陰溝腸桿菌（Enterobacter cloacae）[34]、鏈霉菌（Streptomyces）[35]等對(duì)于在鹽脅迫下提高作物生產(chǎn)力有著至關(guān)重要的作用。Amna 等人探究了暹羅芽孢桿菌（Bacillus siamensis）菌株P(guān)M13、芽孢桿菌屬（Bacillus）菌株P(guān)M15、甲基營(yíng)養(yǎng)芽孢桿菌（Bacillus methylotrophicus）菌株P(guān)M19 在鹽脅迫下對(duì)小麥幼苗的影響，結(jié)果表明，PGPR 施用對(duì)小麥幼苗的發(fā)芽率、根和莖長(zhǎng)、光合色素等具有非常積極的影響[36]。Yin 等人從中國(guó)東營(yíng)鹽堿土中分離出一株新型PGPR 菌株BY2G20，是一種變形芽孢桿菌（Metabacillus dongyingensis），可以提高鹽脅迫下玉米的耐受性[37]。Ali等人在玉米上接種陰溝腸桿菌（Enterobacter cloacae）菌株P(guān)M23，增強(qiáng)了其自由基清除能力、相對(duì)水含量、可溶性糖、蛋白質(zhì)、總酚和類黃酮含量[38]。Abdel 等在油菜根際分離出2 種PGPR 菌株：褐色球形固氮菌（Azotobacter chroococcum）和糞產(chǎn)堿菌（Alcaligenes faecalis），二者共接種增強(qiáng)了鹽脅迫下植物的生長(zhǎng)參數(shù)和光合色素，提出共接種可能是解決鹽漬化的優(yōu)質(zhì)方法[39]。Khare等人評(píng)估了熒光假單胞菌（Pseudomonas fluorescens）的EKi 菌株在鹽脅迫下產(chǎn)生生物防治和促進(jìn)植物生長(zhǎng)代謝物的能力，表明鹽脅迫下EKi 菌株促進(jìn)鷹嘴豆的生長(zhǎng)并抑制炭腐病[40]。Sapre等從小麥植物的根際分離出耐鹽PGPR 菌株IG3，發(fā)現(xiàn)接種IG3 菌株可增強(qiáng)鹽脅迫條件下的植物生長(zhǎng)[41]。利用全基因組測(cè)序也可分離鑒定PGPR。Liu 等對(duì)克雷伯氏菌（Klebsiella）的D5A 菌株的基因組進(jìn)行鑒定，揭示了耐鹽基因的存在。這些基因具有廣泛的pH適應(yīng)性和PGP性狀，包括磷酸鹽溶解、IAA生物合成等[42]。事實(shí)上，功能宏基因組學(xué)為鑒定微生物耐鹽性的各種基因提供了一種極好的方法。

5 結(jié)論

在PGPR 的長(zhǎng)期進(jìn)化下，植物已發(fā)展出各種機(jī)制應(yīng)對(duì)鹽脅迫，除了上述所提到的機(jī)制外，還有調(diào)控ACC 脫氨酶的活性，產(chǎn)生胞外多糖（EPS）、調(diào)節(jié)Na+和K+等離子平衡等。在鹽脅迫下，一些基因或代謝物會(huì)參與維持細(xì)胞完整性和植物與微生物間的相互作用。在對(duì)植物產(chǎn)生鹽分壓力時(shí)，PGPR 可以通過(guò)相應(yīng)途徑提高植物的耐鹽性，但對(duì)于PGPR 是通過(guò)何種通道或途徑感受到植物處于高鹽環(huán)境下的生理生化現(xiàn)象還有待探索。此外，PGPR 在修復(fù)和提高鹽脅迫條件下農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力方面具有積極作用，但對(duì)于PGPR 的基因和功能還有待深入研究，以為將來(lái)利用PGPR實(shí)現(xiàn)鹽漬土復(fù)墾提供依據(jù)。