根瘤菌接种通过增强抗氧化防御和光合作用缓解盐胁迫对小扁豆生长的抑制机制

为解决土壤盐渍化对作物生长的威胁，研究人员探究了根瘤菌(Rhizobium)接种对盐胁迫下小扁豆(Lens culinaris)的保护机制。研究发现，根瘤菌通过提高SOD(21.0%)、CAT(11.34%)、POD(10.43%)等抗氧化酶活性，增加叶绿素含量(10.08%)和豆血红蛋白(15.90%)，显著缓解盐胁迫对生长和产量的负面影响。该研究为微生物辅助作物耐盐栽培提供了理论依据。

　　

随着全球耕地盐渍化加剧，土壤盐分已成为威胁作物生产的首要非生物胁迫之一。据统计，每年约有150万公顷耕地因盐渍化丧失生产力，而豆科作物作为重要的植物蛋白来源，其耐盐性普遍较弱。小扁豆(Lens culinaris)作为全球40余个国家广泛种植的食用豆类，富含蛋白质(24-26%)和必需氨基酸，却在50mM NaCl条件下即可出现显著生长抑制。传统育种手段难以快速提升作物耐盐性，而微生物接种作为一种生态友好型解决方案，正受到越来越多的关注。

在此背景下，印度阿里格尔穆斯林大学环境生理学实验室的研究人员开展了一项创新性研究，系统评估了根瘤菌(Rhizobium leguminosarum)接种对盐胁迫下小扁豆的多重保护机制。研究发现，根瘤菌不仅能通过经典的固氮作用促进植物生长，更能通过调控离子转运、增强抗氧化防御和优化光合性能等综合作用，显著提高作物耐盐性。相关成果发表在《Plant Stress》期刊，为微生物辅助的可持续农业提供了重要理论支撑。

研究人员采用盆栽实验设计，设置0、50和150mM NaCl三个盐浓度梯度，结合根瘤菌接种处理。关键技术包括：测定生长参数和产量构成因素；分光光度法分析光合色素和抗氧化酶活性；原子吸收光谱检测钠离子含量；组织化学染色定位活性氧积累；扫描电镜观察气孔形态；以及ACC脱氨酶和吲哚乙酸(IAA)活性测定。

生长参数分析显示，150mM NaCl使小扁豆株高降低43.24%，生物量减少62.57%，而根瘤菌接种使这些指标显著改善。盐胁迫导致叶绿素和类胡萝卜素含量分别下降47.80%和58.66%，接种处理后则分别提高10.08%和25.03%。

离子平衡研究证实，根瘤菌能有效减少Na⁺在茎叶中的积累，维持K⁺/Na⁺平衡。同时，接种处理使豆血红蛋白含量提高15.90%，保障了根瘤固氮功能。

在抗氧化防御方面，盐胁迫诱导SOD、CAT和POD活性分别升高77.39%、71.45%和55.42%，而根瘤菌接种使这些酶活性趋于平衡，同时降低MDA含量26.31%，表明氧化损伤得到缓解。组织化学染色显示，接种处理显著减少H₂O₂和O₂^?-的积累。

生理代谢研究发现，根瘤菌接种使脯氨酸和可溶性蛋白含量分别增加32.57%和18.31%，增强了细胞渗透调节能力。ACC脱氨酶和IAA产量也显著提高，促进根系发育。扫描电镜观察到，接种处理维持了气孔正常开度，而盐胁迫单独处理则导致气孔畸形。

最终产量分析表明，根瘤菌接种使盐胁迫下小扁豆单株荚数、单株产量分别提高35.87%和55.83%，100粒重增加66.84%。主成分分析(PCA)显示，接种处理与生长指标呈强正相关，与氧化应激指标呈负相关。

该研究系统揭示了根瘤菌通过多重机制增强小扁豆耐盐性的分子生理基础：1) 调控HKT1、SOS1等离子转运蛋白表达，维持离子稳态；2) 激活SOD-CAT-POD抗氧化酶系统，清除过量ROS；3) 提高ACC脱氨酶活性和IAA合成，缓解乙烯抑制效应；4) 保护光合器官功能，维持能量代谢。这些发现不仅拓展了对根瘤菌-植物互作机制的认识，更为盐渍土壤上的豆科作物栽培提供了切实可行的微生物解决方案，对保障全球粮食安全具有重要意义。未来研究可进一步解析根瘤菌诱导的耐盐相关基因表达网络，并开发适用于不同生态区的复合菌剂应用技术。