内生芽孢杆菌与磷肥协同调控穿心莲生理农艺特性及穿心莲内酯合成的机制研究

本研究揭示了内生芽孢杆菌（Bacillus sp.）与磷肥（P2O5）协同作用对穿心莲（Andrographis paniculata）生长代谢的调控机制。通过完全随机设计试验证明，0.675 g P2O5/株联合接种可提升生物量51.13%，并显著增加抗炎活性成分穿心莲内酯（andrographolide）及其衍生物产量（最高达6.31 g/株），同时减少50%磷肥用量，为药用植物可持续栽培提供关键技术支撑。

　　

1 引言

穿心莲（Andrographis paniculata）作为传统药用植物，其标志性活性成分穿心莲内酯（andrographolide）具有抗炎、抗病毒等广泛药理活性。该二萜内酯通过甲羟戊酸（MVA）和甲基赤藓糖醇磷酸（MEP）途径合成，其中磷元素对关键前体异戊烯焦磷酸（IPP）的生成至关重要。当前栽培面临化学肥料依赖度高、土壤磷固定严重等问题，而内生菌（如Bacillus sp.）可通过分泌植物生长素（IAA）、溶解难溶性磷等机制促进药用植物生长与次生代谢。本研究旨在探索内生菌与磷肥联用对穿心莲生理特性、农艺性状及活性成分合成的协同效应。

2 材料与方法

试验在印度尼西亚香料与药用作物研究所的试验田进行，采用完全随机区组设计，设置6种处理：空白对照（C）、0.675 g P₂O₅/株（P1）、1.35 g P₂O₅/株（P2）、单独接种Bacillus sp.（B1）及两种联合处理（B1+P1、B1+P2）。内生菌以10⁸ CFU/mL浓度于3-9周分四次喷施。监测指标包括：

• 农艺性状：株高、分枝数、鲜/干重

• 生理参数：净同化率（NAR）、相对生长速率（RGR）、叶面积指数（LAI）

• 活性成分：采用薄层色谱法测定穿心莲内酯、新穿心莲内酯及14-脱氧-11,12-二脱氢穿心莲内酯含量

3 结果

3.1 生长促进效应

联合处理（B1+P1）表现最优：14周时株高增加13.27%，分枝数提升21.93%，干重增产51.13%。内生菌通过分泌IAA（最高68 mg/L）和赤霉素（GA3）促进细胞伸长与侧枝发育，同时溶解土壤固定态磷（初始有效磷仅4.21 ppm），使磷吸收量提高8.7%。

3.2 代谢调控特征

• 次级代谢时序变化：穿心莲内酯含量在14周达峰值（3.73%），较8周（1.62%）显著增加，而新穿心莲内酯含量随生育期下降，表明生物合成路径存在发育阶段特异性调控。

• 关键通路激活：Bacillus sp.处理上调MVA途径限速酶（HMGR、DXS）表达，促进穿心莲内酯前体合成，使总内酯产量提升44.16%。

4 讨论

内生菌的"双效机制"被证实：

1）作为"生物磷工厂"，通过分泌有机酸溶解土壤磷，替代50%化学磷肥（1.35 g→0.675 g P₂O₅）而不降低产量；

2）作为"代谢调控者"，通过IAA-GA3激素网络协同磷信号，同步促进营养生长（LAI提升2.1倍）与次生代谢（穿心莲内酯合成基因转录上调）。

5 结论

本研究首次阐明Bacillus sp.与减量磷肥联用可优化穿心莲"生长-代谢"平衡，在14周花期实现最大生物量（干重158.24 g/株）和活性成分产量（6.31 g/株）。该模式为《印尼农业部药用植物良好农业规范》提供技术范本，推动药用植物绿色栽培转型。