文献内容简介
土壤盐分是限制植物生长的主要因素之一。已有研究表明，植物根际促生菌（PGPR, plant growth-promoting rhizobacteria）可以提高植物的耐盐性。高羊茅（Festuca arundinacea Schreb.）是一种自交不亲和的冷季型草种，被广泛用作温带地区的重要牧草和草坪草。然而，高频率灌溉导致的土壤盐碱化限制了高羊茅的利用。而其高度的自交不亲和特性又使得基因工程改造非常困难。基于此，如何利用PGPR来解决高羊茅盐碱胁迫也成为研究的热点之一。
在该研究中，作者选择了20个不同的高羊茅品种进行了盐胁迫处理。随后，对这些高草茅根际的PGPR进行分离，并研究它们对植物的耐盐性和生长的影响。作者共分离出了15种不同的菌株，并基于16S rDNA测序构建了系统发育树（图1）。
图1. 基于菌株16S rDNA基因序列构建的系统发育树
随后作者对这15种菌株的形态特征进行了分析，如外观、颜色、革兰氏染色等。并对菌株的促生特性进行了测定，包括产IAA能力、磷酸盐溶解和钾溶解能力。结果表明，所有菌株都能产生IAA（图2）。由于这些菌株大多具有植物促生特性，它们可能在盐胁迫下促进高羊茅生长方面发挥关键作用。
图2. 菌株促生特性的测定
为了探究分离得到的菌株的耐盐性，作者将菌株接种于含有不同浓度NaCl的LB培养基上，并对它们的生长情况进行了观察和分析。实验结果表明，大多数分离的菌株可以耐受盐胁迫（图3）。
图3. 分离的植物根际促生菌（PGPR）的耐盐水平
结合菌株的促生长特性和耐盐性，作者选取了两个菌株Bacillus zanthoxyli和Bacillus altitudinis以分析它们对高羊茅生长的影响。通过对这2个菌对种子萌发影响的分析，发现这两种菌的联合处理可显著促进高羊茅种子的萌发效果（图4）。
图4. （A）15d内的发芽率；（B）最终发芽率
随后作者探究了菌株对盐胁迫下幼苗生长的影响。与对照组相比，三种接种处理均能够减轻盐胁迫对植物生长的词流通频度抑制。接种菌株后，幼苗可产生更多的分蘖，并且叶宽及茎叶的鲜重和干重与对照组相比也均有所增加（图5）。
图5. 菌株对地上部表型、分蘖、株高、分蘖数、叶宽、叶绿素含量、茎鲜重和茎干重的影响
此外，接种菌株后的幼苗根长显著高于未接种的幼苗。且盐处理后，混合培养接种幼苗根的鲜、干重均略高于未接种的对照幼苗。因此，混合培养接种可有效缓解盐胁迫造成的高关茅根系生物量下降（图6）。
图6. 菌株对根系表型、根长、根鲜重和根干重的影响
由于离子平衡在植物抵抗盐胁迫方面起着重要作用，作者分析了两种菌株对盐胁迫下植物中离子含量的影响。与未接种的幼苗相比，接种了菌株的幼苗地上部分Na＋含量降低，而地下部分K+含量则显著增加（图7）。
图7. 盐胁迫下接种不同菌株对高羊茅幼苗Na＋、K+含量的影响
为了进一步探索菌株对高羊茅幼苗离子转运的影响，作者利用qRT-PCR检测了三种离子转运相关基因的表达水平。与未接种的植物相比，编码Na＋/H＋逆向转运蛋白的FaSOS1基因的表达量在接种植物的叶片中上调，在根部的表达则与叶片中的表达相反；编码Na＋/K＋转运蛋白基因的表达趋势则与FaSOS1相似；调节K＋吸收基因的表达在接种植物叶片中呈下降趋势，在单独接种处理的植株根系中则上调，但在联合接种处理植物中的表达下调（图8）。
图8. FaSOS1、FAHAK1和FaHKT1的表达量
文献总结与分析
该研究中发现的耐盐PGPR可能有助于高羊茅在盐胁迫下的生长。特别是Bacillus zanthoxyli通过促进Na＋从植物地上部分流出及保持根系K＋浓度的稳定，以提高高羊茅幼苗的耐盐性（图9）。此外，该研究还发现，在盐胁迫下，联合培养对高羊茅的促生作用比单独接种菌株效果更为显著。这可能与不同细菌之间的相互作用有关。
图9. 菌株维持离子平衡以提高植株耐盐性
于本课题组启示
本课题组的本科生陈雅妮主要研究高寒草原土壤微生物的分离鉴定与功能分析。这篇文章的逻辑非常清楚，文章使用的实验方法及实验数据处理方法都值得我们学习。以数据分析及展示方法为例，表型图和柱形图相结合的数据展示方式就兼具了直观性和科学性。而在实验方法的使用方面，该研究中采用的菌株产IAA能力分析，以及幼苗的株高、叶宽、分蘖数等各项指标的测定分析方法、分析工具等也都非常值得我们学习和借鉴。
原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/ppl.13817
