近日，河南農(nóng)業(yè)大學園藝設施結構與環(huán)境研究團隊的研究成果“Plant growth-promoting rhizobacteria?Paenibacillus polymyxa?HL14-3 inoculation enhances drought tolerance in cucumber by triggering abscisic acid-mediated stomatal closure”在國際農(nóng)林學科領域著名期刊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菌株通過激活脫落酸（ABA）誘導的氣孔關閉增強黃瓜抗旱性的作用機制。研究結果不僅加深了我們對PGPR調(diào)控作物抗旱性方面的認識，而且為開發(fā)耐旱微生物菌劑進而促進干旱地區(qū)的農(nóng)作物生產(chǎn)提供了理論基礎。
目前，水資源短缺現(xiàn)象日趨嚴重，干旱已成為世界范圍內(nèi)限制作物產(chǎn)量的最主要因素。干旱脅迫通過影響植物的形態(tài)、生理和生化反應，如導致植物生長減緩、光合速率降低、根系構型改變等，嚴重阻礙植物的生長。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，對干旱敏感。干旱脅迫會導致黃瓜產(chǎn)量嚴重降低,造成巨大的經(jīng)濟損失。植物根際促生菌（Plant Growth Promoting Rhizobacteria, PGPR）是一類能在植物根際定殖，并且促進生長發(fā)育以及增強植物對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制非常重要。
課題組首先利用前期報道過的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個菌株，通過檢測正常和干旱脅迫條件下接種不同菌株的黃瓜植株生長表型、葉片相對電導率（REC）及光系統(tǒng)Ⅱ最大光化學效率（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，并且在正常和干旱條件下均能在黃瓜根部有效定殖。進一步研究表明，HL14-3菌株可以顯著緩解干旱脅迫導致的生長抑制和氧化損傷，提高根系活力，改善根系構型。此外，接種?HL14-3促進黃瓜葉片氣孔關閉，減少了水分損失，增加了相對含水量。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、促進黃瓜根系ABA合成基因NCED1、NCED2、ABA1、ABA2和AAO3及信號基因ABI5的表達，降低ABA分解代謝基因CYP707A1和CYP707A2的表達。然而，利用ABA合成抑制劑氟啶酮（Fluridone）對黃瓜進行灌根預處理之后再接種促生菌，發(fā)現(xiàn)HL14-3誘導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?通過激活?ABA?誘導的氣孔關閉提高黃瓜抗旱性的作用機制。
河南農(nóng)業(yè)大學園藝設施結構與環(huán)境研究團隊博士生秦艷萍、碩士生王曉杰和董韓教授為共同第一作者，植物保護學院申順善教授和園藝學院國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)秀青年科學基金項目(232300421032)和河南省重大科技專項（241100110200）等的資助。
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https://pubs.acs.org/doi/epdf/10.1021/acs.jafc.4c09421
