近日，河南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝設(shè)施結(jié)構(gòu)與環(huán)境研究團(tuán)隊(duì)的研究成果“Plant growth-promoting rhizobacteria?Paenibacillus polymyxa?HL14-3 inoculation enhances drought tolerance in cucumber by triggering abscisic acid-mediated stomatal closure”在國(guó)際農(nóng)林學(xué)科領(lǐng)域著名期刊Journal of Agricultural and Food Chemistry（中科院1區(qū)Top，IF=5.7）在線發(fā)表。該研究篩選到一株能夠有效提高黃瓜抗旱性且在干旱脅迫下能夠穩(wěn)定定殖的植物根際促生菌多粘類芽孢桿菌（Paenibacillus polymyxa）HL14-3，揭示了HL14-3菌株通過(guò)激活脫落酸（ABA）誘導(dǎo)的氣孔關(guān)閉增強(qiáng)黃瓜抗旱性的作用機(jī)制。研究結(jié)果不僅加深了我們對(duì)PGPR調(diào)控作物抗旱性方面的認(rèn)識(shí)，而且為開發(fā)耐旱微生物菌劑進(jìn)而促進(jìn)干旱地區(qū)的農(nóng)作物生產(chǎn)提供了理論基礎(chǔ)。
目前，水資源短缺現(xiàn)象日趨嚴(yán)重，干旱已成為世界范圍內(nèi)限制作物產(chǎn)量的最主要因素。干旱脅迫通過(guò)影響植物的形態(tài)、生理和生化反應(yīng)，如導(dǎo)致植物生長(zhǎng)減緩、光合速率降低、根系構(gòu)型改變等，嚴(yán)重阻礙植物的生長(zhǎng)。黃瓜（Cucumis sativus?L.）作為一種重要的蔬菜作物，其葉片面積大、根系淺，對(duì)干旱敏感。干旱脅迫會(huì)導(dǎo)致黃瓜產(chǎn)量嚴(yán)重降低,造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。植物根際促生菌（Plant Growth Promoting Rhizobacteria, PGPR）是一類能在植物根際定殖，并且促進(jìn)生長(zhǎng)發(fā)育以及增強(qiáng)植物對(duì)逆境脅迫抵抗能力的有益微生物。然而，耐旱PGPR的數(shù)量有限，且其調(diào)控作物抗旱性的作用機(jī)制尚不清晰。因此，探索新的耐干旱?PGPR?并揭示其提高黃瓜抗旱性的作用機(jī)制非常重要。課題組首先利用前期報(bào)道過(guò)的PGPR菌株，如Serratia plymuthica?A21-4（Guo?et al. 2024,Plant Physiol. Biochem.）、Pseudomonas chlororaphis?HG28-5（Dong?et al. 2024,Microbiol. Res.）和Serratia plymuthica?HK9-3（Wang?et al. 2024,Physiol. Plant.）， 和一些新分離鑒定的Paenibacillus polymyxa?HK48-5、?Pseudomonas chlororaphis?HL5-4、?Paenibacillus polymyxa?HL14-3、?Paenibacillus polymyxa?HP8-1、?Paenibacillus polymyxa?HP10-10?和?Paenibacillus polymyxa?HQ1-2，共9個(gè)菌株，通過(guò)檢測(cè)正常和干旱脅迫條件下接種不同菌株的黃瓜植株生長(zhǎng)表型、葉片相對(duì)電導(dǎo)率（REC）及光系統(tǒng)Ⅱ最大光化學(xué)效率（Fv/Fm），發(fā)現(xiàn)多粘類芽孢桿菌HL14-3表現(xiàn)出高耐旱潛力，表現(xiàn)為與對(duì)照和其他促生菌接種處理相比，HL14-3處理的植株萎蔫程度最低，REC值最小、Fv/Fm值最大。接種HL14-3可以提高干旱脅迫下黃瓜幼苗的存活率，HL14-3在聚乙二醇（PEG）模擬的干旱脅迫下能穩(wěn)定生長(zhǎng)，并且在正常和干旱條件下均能在黃瓜根部有效定殖。進(jìn)一步研究表明，HL14-3菌株可以顯著緩解干旱脅迫導(dǎo)致的生長(zhǎng)抑制和氧化損傷，提高根系活力，改善根系構(gòu)型。此外，接種?HL14-3促進(jìn)黃瓜葉片氣孔關(guān)閉，減少了水分損失，增加了相對(duì)含水量。重要的是，HL14-3菌株可以顯著提高干旱脅迫下黃瓜葉片和根部ABA含量、促進(jìn)黃瓜根系ABA合成基因NCED1、NCED2、ABA1、ABA2和AAO3及信號(hào)基因ABI5的表達(dá)，降低ABA分解代謝基因CYP707A1和CYP707A2的表達(dá)。然而，利用ABA合成抑制劑氟啶酮（Fluridone）對(duì)黃瓜進(jìn)行灌根預(yù)處理之后再接種促生菌，發(fā)現(xiàn)HL14-3誘導(dǎo)的黃瓜抗干旱性作用消失。文章最終揭示了接種多粘類芽孢桿菌?HL14-3?通過(guò)激活?ABA誘導(dǎo)的氣孔關(guān)閉提高黃瓜抗旱性的作用機(jī)制。?? ?
河南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝設(shè)施結(jié)構(gòu)與環(huán)境研究團(tuán)隊(duì)博士生秦艷萍、碩士生王曉杰和董韓教授為共同第一作者，植物保護(hù)學(xué)院申順善教授和園藝學(xué)院國(guó)志信副教授為共同通訊作者，課題組樸鳳植教授、董曉星副教授、張濤副教授和杜南山副教授，碩士生葉婷也參與了該研究工作。研究得到河南省優(yōu)秀青年科學(xué)基金項(xiàng)目(232300421032)和河南省重大科技專項(xiàng)（241100110200）等的資助。文章鏈接：https://pubs.acs.org/doi/epdf/10.1021/acs.jafc.4c09421
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