缓解向日葵盐胁迫：短小芽孢杆菌与生物炭的协同作用

《Scientific Reports》：Mitigation of salinity stress via improving growth, chlorophyll contents and antioxidants defense in sunflower with Bacillus pumilis and biochar

为缓解向日葵盐胁迫，研究人员探究短小芽孢杆菌与生物炭的作用，发现二者组合可显著缓解盐胁迫。

　　# 向日葵盐胁迫研究：短小芽孢杆菌与生物炭的协同助力
在广袤的农田里，农作物的生长常受到各种环境因素的挑战，其中土壤盐渍化问题日益严峻。全球超过 8 亿公顷的土地面临着盐渍化的困扰，这一问题严重影响着农作物的产量和质量，给农业生产带来了巨大的压力。盐渍化土壤中的高浓度盐分，会破坏植物细胞的离子平衡，引发渗透压改变，导致植物水分和养分吸收困难，还会促使活性氧（ROS）大量积累，对植物细胞造成氧化损伤，进而影响植物的生长发育，甚至导致植物死亡。

向日葵作为世界上重要的油料作物之一，在全球农业经济中占据着重要地位。其种子富含油脂和蛋白质，具有较高的经济价值。然而，随着气候的变化和灌溉用水的不合理使用，盐胁迫对向日葵的生长发育造成了严重的影响，导致其产量和品质下降。为了应对这一挑战，安徽科技学院和滁州职业技术学院的研究人员开展了一项关于缓解向日葵盐胁迫的研究，相关成果发表在《Scientific Reports》上。

本次研究旨在探究腈三乙酸混合生物炭（NAT-BC）和短小芽孢杆菌（Bacillus pumilus）单独及联合应用对向日葵在盐胁迫下生长的影响。研究人员提出假设，认为 NTA-BC 和短小芽孢杆菌的联合应用能够显著缓解向日葵的盐胁迫，这一假设基于两者在改善植物营养吸收、土壤质量、降低土壤盐分和减轻氧化应激方面的潜在作用。

研究人员在安徽科技学院的研究区域开展了盆栽实验。实验土壤采自当地，其理化性质被详细测定。研究中使用的短小芽孢杆菌分离自棉花根际，经过 16S rRNA 测序鉴定，并对其形态和生化特征进行了全面分析。NAT-BC 则通过将腈三乙酸（NTA）与以菠菜茎为原料制备的生物炭混合而成。

实验设置了四个处理组：对照组（0NAT-BC，既不添加短小芽孢杆菌也不添加 NAT-BC）、短小芽孢杆菌处理组、0.75NAT-BC 处理组以及短小芽孢杆菌 + 0.75NAT-BC 处理组，每个处理组设置四个重复，采用完全随机设计。实验过程中，研究人员对土壤盐分进行精确调控，通过添加特定比例的 NaCl、CaCl₂和 MgSO₄模拟盐胁迫环境，使盐胁迫土壤的最终电导率（EC）维持在 6.44 dS/m。

在实验过程中，研究人员对向日葵的多项生长指标进行了测量，包括株高、茎直径、头直径、叶片数、瘦果数、千粒重、瘦果产量和生物产量等。同时，还测定了叶片的叶绿素含量、类胡萝卜素含量、气体交换参数（气孔导度和蒸腾速率）、抗氧化酶活性（过氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）和抗坏血酸过氧化物酶（APX））、丙二醛（MDA）含量、谷胱甘肽（GSH）含量、番茄红素（Lyc）含量以及清除自由基能力等。此外，研究人员还利用核磁共振（NMR）和近红外光谱（NIRS）技术分析了种子的油含量和脂肪酸组成。

研究结果表明，在盐胁迫条件下，与对照组相比，短小芽孢杆菌 + 0.75NAT-BC 处理组的向日葵株高显著增加了 103%，茎直径增加了 45%，头直径增加了 74%，气孔导度提高了 60%，蛋白质含量增加了 11%。同时，该处理组的叶绿素 a 含量增加了 19%，叶绿素 b 含量增加了 35%，总叶绿素含量大幅提升了 54%，这表明该处理显著改善了向日葵的光合作用能力。

在抗氧化酶活性方面，研究发现，在正常和盐胁迫条件下，各处理组的抗氧化酶活性均发生了显著变化。例如，在盐胁迫下，短小芽孢杆菌 + 0.75NAT-BC 处理组的 POD、SOD、CAT 和 APX 活性均有所降低，同时 MDA 含量显著下降，这表明该处理有效减轻了氧化应激对植物细胞的损伤。此外，研究还发现，各处理组的脂肪酸组成、油含量和蛋白质含量也发生了显著变化，其中短小芽孢杆菌 + 0.75NAT-BC 处理组的变化最为显著。

通过凸壳分析和层次聚类分析，研究人员发现不同处理组的数据点在多维空间中的分布存在明显差异，这表明各处理组对向日葵生长和生理特征的影响具有显著差异。同时，Pearson 相关性分析表明，植物生长特征、脂肪酸组成、叶绿素相关变量之间存在显著的正相关关系，而酶和应激相关变量与其他变量之间存在显著的负相关关系。

综合以上研究结果，研究人员得出结论：短小芽孢杆菌 + 0.75NAT-BC 处理能够显著缓解向日葵在盐胁迫下的生长抑制，提高其光合效率和抗氧化能力，改善其生长状况和产量。这一处理通过调节植物的渗透压平衡、离子稳态和抗氧化防御系统，有效减轻了盐胁迫对向日葵的负面影响。此外，该处理还能够显著提高向日葵的油含量和蛋白质含量，提升其品质。

本研究为缓解向日葵盐胁迫提供了一种有效的方法，为农业生产中应对盐渍化土壤问题提供了重要的理论依据和实践指导。然而，研究人员也指出，本研究仅在盆栽实验条件下进行，未来还需要在田间试验中进一步验证该处理的有效性和稳定性，以推动其在实际农业生产中的广泛应用。