大豆慢生根瘤菌助力番茄抵御根结线虫侵害的关键发现

为解决根结线虫（Meloidogyne incognita）影响番茄产量问题，研究人员探究大豆慢生根瘤菌（Bradyrhizobium japonicum）作用，发现其可增强番茄抗性，为生物防治提供新途径。

　　# 大豆慢生根瘤菌助力番茄抵御根结线虫侵害的关键发现
在农业的微观世界里，植物时刻面临着各种生物的挑战。根结线虫（Meloidogyne incognita）便是其中一种极具破坏力的农业害虫，它如同隐藏在土壤中的 “小恶魔”，悄无声息地侵害着众多农作物。番茄（Solanum lycopersicum）作为全球广泛种植且营养丰富的重要作物，深受人们喜爱。然而，根结线虫的肆虐却给番茄的产量带来了沉重打击，在印度，其造成的产量损失可达 30 - 50%，全球经济损失更是高达 3580 亿美元。

以往，人们常用合成杀线虫剂来对抗根结线虫，但随着时间推移，这些化学药剂带来的环境和健康风险逐渐显现，比如污染土壤、水源，危害人体健康等。因此，寻找绿色、可持续的替代方法迫在眉睫。在这样的背景下，微生物作为生物防治的潜在 “利器”，受到了科研人员的广泛关注。其中，大豆慢生根瘤菌（Bradyrhizobium japonicum）虽在豆科植物中有所研究，但对非豆科植物番茄的作用却鲜为人知。于是，来自印度 Guru Nanak Dev University 的研究人员 Roohi Sharma、Nitika Kapoor 和 Puja Ohri 展开了深入研究，旨在揭示大豆慢生根瘤菌对番茄抵御根结线虫侵害的作用机制，该研究成果发表在《Scientific Reports》上。

研究人员采用了多种关键技术方法。首先，他们精心准备了根结线虫的接种物，从感染的茄子和番茄根中提取卵并孵化获得 J2 期幼虫。对于大豆慢生根瘤菌，从 IMTECH 获取菌株后进行活化和保存。实验设置了多种处理组，用不同处理的大豆慢生根瘤菌与根结线虫共同作用于番茄种子，在特定条件下培养 10 天后，检测番茄的各项生理生化指标。同时，运用共聚焦显微镜观察细胞内的变化，如过氧化氢（H₂O₂）定位、谷胱甘肽（GC）含量以及核膜和细胞膜的损伤情况。最后，通过统计分析确定各处理组之间的差异及相关性。

研究结果

1. 死亡率：研究发现，随着处理时间增加，根结线虫 J2 期幼虫死亡率显著上升。处理 5 天后，大豆慢生根瘤菌的上清液使线虫死亡率达到 100%；细菌细胞沉淀处理下，线虫死亡率在第 7 天也超过 62%，远高于对照组。
2. 形态学参数：根结线虫感染显著降低了番茄种子的发芽率，使根长、茎长、根重和茎重下降，同时增加了根上的虫瘿数量。而大豆慢生根瘤菌细胞和上清液处理不仅提高了种子发芽率，还显著增加了上述形态学参数，并且虫瘿形成明显减少。
3. 光合色素：受根结线虫感染的番茄幼苗，叶绿素 a（Chl a）、叶绿素 b（Chl b）、总叶绿素和类胡萝卜素含量均有所下降。但经大豆慢生根瘤菌细胞和上清液处理后，这些光合色素含量显著增加，有助于植物更好地进行光合作用。
4. 应激指标：根结线虫感染导致番茄幼苗体内的氧化应激指标丙二醛（MDA）和过氧化氢（H₂O₂）含量大幅上升，表明植株受到了严重的氧化损伤。不过，大豆慢生根瘤菌处理显著降低了这些指标，减轻了植株的氧化应激。
5. 抗氧化酶：根结线虫感染使番茄幼苗中多种抗氧化酶（如过氧化氢酶 CAT、超氧化物歧化酶 SOD、抗坏血酸过氧化物酶 APOX、多酚氧化酶 PPO、谷胱甘肽 - S - 转移酶 GST 和愈创木酚过氧化物酶 GuPOX）的活性增强，以应对氧化应激。大豆慢生根瘤菌处理进一步提升了这些酶的活性，增强了植株的抗氧化防御能力。
6. 非酶抗氧化剂：根结线虫感染的番茄幼苗中，谷胱甘肽（GC）、生育酚（TC）、脯氨酸（PRC）和抗坏血酸（AAC）等非酶抗氧化剂含量有所增加。大豆慢生根瘤菌细胞和上清液处理后，这些物质的含量进一步显著提高，有助于清除细胞内的活性氧（ROS），减轻氧化损伤。
7. 酚类化合物：根结线虫感染促使番茄幼苗中总酚、黄酮类和花青素含量显著增加，以抵御线虫侵害。大豆慢生根瘤菌处理后，这些酚类化合物含量进一步升高，增强了植株的防御能力。
8. 共聚焦显微镜观察：共聚焦显微镜观察发现，根结线虫感染导致番茄幼苗根部过氧化氢积累、谷胱甘肽含量增加，同时核膜和细胞膜出现损伤。而大豆慢生根瘤菌处理降低了过氧化氢水平，减少了细胞损伤，增强了幼苗的抗逆性。
9. 相关性分析：通过相关性分析发现，番茄植株的生长参数之间存在显著正相关，如根长与茎长、根长与根重等。抗氧化酶与应激指标呈负相关，表明抗氧化酶活性越高，植株受到的氧化损伤越小。此外，非酶抗氧化剂之间也存在正相关，酚类化合物与生长参数和光合色素呈正相关。

研究结论与意义

综合上述研究结果，大豆慢生根瘤菌菌株 11477 在缓解番茄幼苗根结线虫胁迫方面表现出色。它不仅提高了根结线虫幼虫的死亡率，减少了虫瘿形成，还显著改善了番茄的生长状况，增强了植株的光合作用和抗氧化防御能力，提高了酚类化合物和其他代谢物的含量。这些发现表明，大豆慢生根瘤菌可作为一种有效的生物防治剂，为农业生产中应对根结线虫侵害提供了新的可持续解决方案。该研究首次揭示了豆科根瘤菌对非豆科植物番茄的影响，为生物防治线虫病害开辟了新方向，对可持续农业发展具有重要意义，有望在未来农业生产中得到广泛应用，帮助农民减少根结线虫带来的损失，促进绿色农业的发展。