Bacillus velezensis RaSh2接种增强豇豆抗旱性的生理与分子机制研究

本研究针对干旱胁迫对全球农业生产的严重影响，通过接种植物根际促生菌(PGPR)Bacillus velezensis RaSh2，系统探究了其对豇豆(Vigna unguiculata L.)抗旱性的增强作用。研究发现该菌株通过调节渗透调节物质(脯氨酸、甜菜碱)、抗氧化酶系统(CAT、POX、APX)和次级代谢产物(多酚、类黄酮)等关键通路，显著改善干旱条件下豇豆的生长性能、膜稳定性和光合效率，为微生物菌剂在抗旱农业中的应用提供了理论依据。

　　

随着全球气候变化加剧，干旱已成为威胁农业可持续发展的首要环境胁迫因素。据预测到2052年，全球约半数耕地将受到干旱影响，这在热带和亚热带地区尤为严重。作为重要的豆科作物，豇豆(Vigna unguiculata L.)因其高蛋白特性被广泛种植，但其产量极易受到干旱影响，特别是在关键生长期会出现叶片萎蔫、生长停滞、光合效率下降等问题。传统灌溉方式难以应对日益严峻的水资源短缺，因此开发基于微生物的生态友好型抗旱技术具有重要意义。

植物根际促生菌(PGPR)作为"植物的天然盟友"，能够通过多种机制增强植物抗逆性。其中Bacillus属菌株因其形成芽孢的抗逆特性和多样的促生功能备受关注。Reda E. Abdelhameed和Rabab A. Metwally团队在《Plant Growth Regulation》发表的研究，首次系统揭示了从番茄叶片分离的B. velezensis RaSh2菌株(MZ945929)增强豇豆抗旱性的生理与分子机制。

研究人员采用体外与体内实验相结合的策略。关键技术包括：从埃及Minia Al-Qamh地区番茄叶片分离菌株并进行PGPR特性鉴定；通过PEG 6000模拟干旱梯度评估菌株耐旱性；开展温室盆栽实验设置40%田间持水量(WFC)的干旱处理；采用分光光度法测定生理指标(叶绿素、相对含水量RWC、膜稳定性指数MSI)；通过比色法分析氧化应激标志物(MDA、H₂O₂)、渗透调节物质(脯氨酸、甜菜碱)和抗氧化酶活性(CAT、POX、APX)；运用主成分分析(PCA)解析各参数相关性。

研究结果呈现多维度突破：

1. 1.

   菌株特性方面：B. velezensis RaSh2展现出多种促生特性，包括铁载体产生、蛋白酶、淀粉酶活性及磷、锌溶解能力，在含5% PEG的培养基中仍保持良好生长。

   
2. 2.

   形态学改善：接种使干旱胁迫下豇豆的株高、鲜重和干重分别提高10.5%、21.1%和53.6%，根系生物量增加23.8%，显著缓解叶片卷曲和萎蔫症状。

   
3. 3.

   生理调节：接种使叶绿素a+b含量提高29.1%，相对含水量(RWC)和膜稳定性指数(MSI)分别提升77%和17.3%，膜损伤降低28.6%。

4. 4.

   氧化应激调控：显著降低MDA(20.9%)和H₂O₂(22.7%)积累，同时提升抗氧化酶活性(CAT 16.2%、POX 24.4%、APX 7%)和总抗氧化能力(TAC)。

5. 5.

   代谢重编程：促进脯氨酸(13.7%)、甜菜碱(16.1%)等渗透调节物质积累，多酚和类黄酮含量分别增加28.6%和30.5%。

6. 6.

   多组学关联分析：PCA显示生长参数与抗氧化指标呈正相关，与氧化应激标志物呈负相关，证实菌株通过多通路协同作用增强抗旱性。

   

这项研究首次系统解析了B. velezensis RaSh2通过"抗氧化防御-渗透调节-膜保护"多维机制增强豇豆抗旱性的作用模式。其科学价值体现在：① 发现新的抗旱功能菌株资源；② 阐明PGPR缓解干旱胁迫的生理生化网络；③ 为开发微生物菌剂提供理论支撑。实践意义上，该菌株在仅40% WFC的严重干旱下仍能维持作物正常生长，可减少灌溉用水量，对于中东、北非等干旱地区的可持续农业发展具有重要应用前景。未来研究可进一步探索菌株与其他作物的互作机制，以及与其他抗旱措施的协同效应。