Front. Plant Sci.丨品种驱动的根际微生物赋予紫花苜蓿不同的耐盐性应对盐胁迫

论文内容

研究背景：

土壤盐碱化是日益严重的全球生态和环境问题，威胁着全球农业生产和生态安全。全球超过10亿公顷土地被发现存在初级盐碱化问题。土壤表层可溶性盐的积累导致土壤的物理化学和结构特性变差，如易于压实、空气和水透性差。它还会减缓表层土壤的升温，降低土壤酶活性和土壤肥力。作为固定生物，植物必须直接面对各种环境挑战。植物通过与盐碱环境的长期相互作用，进化出了各种生存机制，包括通过宿主相互作用影响土壤微生物。植物生长促进根际细菌（PGPR）被认为是缓解植物盐胁迫的重要生物工具。它们可以通过调节离子稳态、产生植物激素、促进渗透物质积累、增强抗氧化活性和增强营养吸收等多种有益过程，在盐碱条件下改善植物表现。紫花苜蓿（Medicago sativa L.）是利用盐碱土壤并研究上述微生物群的策略的重要材料。例如用于土壤和水资源保护、植物恢复以及改善土壤条件等。在中国，紫花苜蓿通常种植在北方干旱内陆地区，占据了全国紫花苜蓿种植面积的约90%。然而，随着全球气候变化导致北方干旱内陆地区盐碱化程度逐渐增加，盐碱度会导致紫花苜蓿产量和品质显著降低，甚至在某些严重盐碱地区无法生长。紫花苜蓿的种植面临着更严峻的挑战。目前，大量研究已经描述了利用传统育种以及各种基因工程和分子育种方法来提高紫花苜蓿产量并培育对非生物胁迫具有抗性的品种，但是紫花苜蓿根际微生物在提高其抗性方面的潜在功能仍存在显著的知识空白。深入了解盐碱壤不同紫花苜蓿品种根际微生物组成、丰度和功能的差异，是将其应用于农业的重要一步。

研究内容：

本研究选取了具有不同耐盐性的紫花苜蓿品种，比较了它们在不同盐碱条件下的生长、产量和根际微生物群落。

结果表明，盐分的增加显著抑制了苜蓿的生长，并降低了根际微生物的多样性。然而，有趣的是，耐盐品种表现出相对较低的对盐分的敏感性，保持了更稳定的根际细菌群落结构，而对于耐盐性较低的品种则观察到了相反的情况。芽孢杆菌成为苜蓿适应盐分胁迫的优势物种，占三个品种共享细菌属的21.20%。在耐盐性较高的苜蓿品种的根际中，芽孢杆菌、剑菌和假单胞菌的丰度较高，对于确定它们的提高的耐盐性至关重要。随着盐分水平的增加，耐盐性较低的品种逐渐积累了大量的病原真菌，如镰刀菌和根腐菌。此外，耐盐性较高的品种的根际细菌在各种代谢途径中表现出增加的活性，包括次生代谢物的生物合成、碳代谢和氨基酸的生物合成。

研究结论：

针对盐分胁迫，耐盐性较高的苜蓿品种表现出相对较低的敏感性，保持了更稳定的根际细菌群落结构，而耐盐性较低的品种则情况相反。芽孢杆菌、剑菌和假单胞菌在耐盐性较高的苜蓿品种的根际中丰度较高，对于确定是否是由于它们提高的耐盐性至关重要。随着盐分水平的增加，耐盐性较低的品种逐渐积累了大量的病原真菌。此外，耐盐性较高的品种的根际细菌在各种代谢途径中表现出活性增加。

研究结果为盐度在塑造紫花苜蓿根际微生物群的组成和结构中的关键作用提供了令人信服的证据。相关细菌属的丰度似乎受到植物品种的影响和调节。在具有不同盐碱度特征的土壤中，不同耐盐性的紫花苜蓿品种在根际微生物群方面存在显著差异，特别是在特定细菌属的丰度方面。

期刊信息

期刊：Frontiers in Plant Science

影响因子（2022）：5.6

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转自：“农科学术圈”微信公众号

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