紀(jì)超 王曉輝 劉訓(xùn)理

（1. 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院 黃河下游森林培育國家林業(yè)和草原局重點實驗室，泰安 271018；2. 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，泰安 271018）

土壤鹽漬化是全球土地退化的主要表現(xiàn)形式之一，目前，全世界至少20%的耕地遭受不同程度的鹽漬化威脅［1］。雖然植物能夠在鹽漬土生境中有一定的產(chǎn)量，但是多數(shù)作物和樹種耐鹽性不高，其中，小麥、玉米、水稻、大麥等主要糧食作物受到鹽脅迫減產(chǎn)可達(dá)到70%［2］。鹽脅迫對植物的生長發(fā)育具有多方面的作用，包括復(fù)雜的分子、基因、生物化學(xué)、生理學(xué)和形態(tài)學(xué)影響［3］。脅迫持續(xù)的時間與嚴(yán)重性能夠造成植物不同程度的損傷［4-5］，如初期的滲透脅迫、氧化脅迫和離子毒性可能導(dǎo)致植物細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)破壞、營養(yǎng)失衡、活性氧（Reactive oxygen species，ROS）消除能力下降、抗氧化酶活性下降、光合作用減弱等，隨著大量的Na+和Cl-的攝入，細(xì)胞離子平衡和生理平衡被打破，植物根系吸水能力降低，葉片中含水率下降［6］，植物難以吸收K+，逐漸造成植物營養(yǎng)虧缺、生產(chǎn)力下降甚至死亡［4］。與其他脅迫類似，植物通過調(diào)控復(fù)雜的信號網(wǎng)絡(luò)來應(yīng)對鹽脅迫，包括脅迫傳感蛋白、信號傳導(dǎo)因子、轉(zhuǎn)錄因子、應(yīng)激反應(yīng)基因和代謝物等［7］。

土壤鹽漬化降低了植物根際土壤水的能量狀態(tài)，使土壤溶液滲透壓超過了植物細(xì)胞液的正常滲透壓，導(dǎo)致植物根系長度、密度和結(jié)構(gòu)改變，阻礙了植物對土壤水分和養(yǎng)分的攝取，使植物處于生理干旱狀態(tài)，生長速度變得緩慢，甚至萎蔫或死亡［8］。滲透脅迫和離子脅迫相互作用產(chǎn)生次級氧化脅迫［9］，打破了植物體內(nèi)活性氧產(chǎn)生與清除間的動態(tài)平衡，破壞細(xì)胞膜系統(tǒng)的完整性，影響了植物的光合作用［10］。

植物促生菌（Plant growth-promoting bacteria，PGPB）能與植物建立共生關(guān)系，并在正常狀態(tài)下或植物面臨脅迫時促進(jìn)其生長［11］。合理使用PGPB 是減輕鹽脅迫危害的一種重要途徑［12］。不具有耐鹽性的PGPB 在自然條件下隨鹽度增加逐漸失去PGP（Plant growth-promoting）特征，開發(fā)利用耐鹽PGPB是鹽脅迫下增加作物產(chǎn)量的可行措施。研究發(fā)現(xiàn)PGPB 具有產(chǎn)植物激素、鐵載體、ACC 脫氨酶，溶磷，固氮，解鉀，上調(diào)抗氧化酶（如SOD、POD 等），調(diào)節(jié)離子轉(zhuǎn)運蛋白（如HKT）表達(dá)，分泌胞外多糖（EPS），改變根系結(jié)構(gòu)和形態(tài)、導(dǎo)水率和激素狀態(tài)，釋放與脅迫相關(guān)的揮發(fā)性化合物，積累滲透物（谷氨酸、脯氨酸、肽等），抑殺病原菌等特性，以上機(jī)制與提高植物耐鹽性、誘導(dǎo)植物產(chǎn)生鹽脅迫系統(tǒng)抗性（Induced system tolerance，IST）有關(guān)，對促進(jìn)植物根、莖和葉片的發(fā)育及生長、防治病害、調(diào)節(jié)植物根際微生物群落結(jié)構(gòu)有顯著效果［1，3，13-23］。此外，蛋白質(zhì)組學(xué)分析顯示，PGPB 影響參與植物光合作用、抗氧化過程、跨膜轉(zhuǎn)運和發(fā)病相關(guān)的多種蛋白質(zhì)的表達(dá)［24］。本文綜述了PGPB 在鹽脅迫中提高植物耐鹽性的作用機(jī)制研究進(jìn)展，旨在為篩選能夠改良鹽堿地的耐鹽促生菌株奠定理論基礎(chǔ)。

1 PGPB 產(chǎn)生ACC 脫氨酶

乙烯是幾乎所有植物都會產(chǎn)生的植物生長調(diào)節(jié)劑和應(yīng)激激素［25］，能夠引起植物產(chǎn)生生理、分子水平上的變化。鹽脅迫能夠激發(fā)植物產(chǎn)生過量的乙烯，結(jié)節(jié)中的乙烯水平升高將降低固氮量，從而抑制植物根及植株的進(jìn)一步生長，降低脅迫誘導(dǎo)的乙烯水平將減輕作物的脅迫損傷。分泌ACC 脫氨酶（ACC deaminase，ACCD）的PGPB 通過代謝植物生產(chǎn)乙烯的前體ACC 來降低乙烯水平，還可以通過改變編碼乙烯合成酶、ACC 合酶和ACC 氧化酶基因來影響植物乙烯內(nèi)源穩(wěn)態(tài)，促進(jìn)根伸長［15，26］。

近年來，大量研究證明，具有ACC 脫氨酶活性的菌株能夠在實際生產(chǎn)中改善植物的生長狀態(tài)。例如，熒光假單胞菌能夠使玉米在電導(dǎo)率為9 dS/m 的鹽堿土中根長增加330%，惡臭假單胞菌能夠使玉米在12 dS/m 的鹽堿土中株高增加230%［27］。巴西固氮螺菌FP2 可以使小麥植株ACC 氧化酶表達(dá)量降低，促進(jìn)根的生長［28］。耐鹽PGPBMicrococcus yunnanensis、Planococcus rifietoensis和Variovorax paradoxus接種到甜菜（Beta vulgarisL.）后，提高了種子發(fā)芽率和植株生物量，增強(qiáng)了光合作用，脅迫誘導(dǎo)的乙烯含量也顯著降低［29］。以上研究表明，能夠產(chǎn)生ACC 脫氨酶的PGPB 可以減輕鹽脅迫對作物的影響，并將乙烯降低到抑制生長的水平以下。多種植物內(nèi)生菌也被發(fā)現(xiàn)具有ACC 脫氨酶活性［30］，通過對比從各種生境（包括植物的不同組織）中分離菌株的ACC 脫氨酶活性，發(fā)現(xiàn)內(nèi)生菌比從根際土以及非根際土等生境分離的PGPB 具有更高的ACC脫氨酶的活力［31］。目前，具有ACC 脫氨酶活性的PGPB 已成為鹽土改良的重要生物資源。

2 PGPB 調(diào)節(jié)植物內(nèi)源激素水平

2.1 PGPB產(chǎn)生IAA

通過對受到鹽和干旱脅迫的擬南芥和水稻等植物的多種信號傳導(dǎo)途徑和組分研究，發(fā)現(xiàn)植物激素互相協(xié)調(diào)配合可以提高植物滲透調(diào)節(jié)水平［32］。植物生長素（auxin，IAA）對植物細(xì)胞、組織和新生器官的特異性等有重要作用，作物在受到鹽脅迫后體內(nèi)IAA 濃度顯著降低，如番茄可降低75%左右［33］，IAA 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑與植物幼苗的發(fā)育過程關(guān)系緊密［34］，鹽脅迫通過改變植物IAA 的積累和再分配重塑了根系結(jié)構(gòu)，影響了植株的生長速度［35］。用IAA處理小麥種子可以減輕鹽脅迫對小麥種子萌發(fā)和幼苗發(fā)育造成的不利影響［36］。

很多PGPB 能夠產(chǎn)生IAA［37］。研究發(fā)現(xiàn)，小麥接種產(chǎn)生IAA 的中度嗜鹽菌后，根中IAA 含量顯著提高，其生長量顯著增加［38］。Sharma 等［39］將產(chǎn)生IAA的菌 株Klebsiella、Pseudomonas、Agrobacterium和Ochrobactrum接種到Arthrocnemum indicum后，植物生物量顯著增加，耐鹽性增強(qiáng)。從鹽角草根際分離的產(chǎn)IAA 耐鹽菌株B. endophyticus、B. tequilensis、Planococcus重新接種到鹽角草后，發(fā)芽率增加7%-11%，莖長增加13%-22%，根長增加44%-57%，鮮重增 加21%-54%［40］。在25 mmol/L NaCl鹽脅迫下，茄子幼苗接種產(chǎn)IAA 的菌株Xanthobacter autotrophicusBM13、Enterobacter aerogenesBM10 和Bacillus brevisFK2 后，幼枝鮮重較對照組顯著增加12.13%-19.58%，產(chǎn)量也得到提高［41］。以上研究表明，通過PGPB 調(diào)節(jié)鹽生植物和甜土植物的IAA 生成量可能是增強(qiáng)作物耐鹽性的重要因素。

2.2 PGPB產(chǎn)生ABA

脫落酸（Abscisic acid，ABA）是一種重要的應(yīng)激激素，可在植物響應(yīng)非生物脅迫后合成，并激活抗逆基因的表達(dá)［42］，是調(diào)節(jié)植物全生育期活動以及刺激植物產(chǎn)生對廣泛非生物脅迫適應(yīng)性反應(yīng)的重要信號介質(zhì)。ABA 作為內(nèi)源信號分子能夠通過調(diào)節(jié)氣孔活動影響植物的光合作用，進(jìn)而減輕鹽脅迫對植株的損傷并提高植物的耐鹽性和存活率［3，43-45］。研究發(fā)現(xiàn)，許多PGPB 能夠在鹽脅迫下產(chǎn)生ABA，改變植物內(nèi)源ABA 水平，使RAB18、ABA 反應(yīng)元件RD29A和RD29B調(diào)節(jié)子、脫水反應(yīng)元件（DRE）等基因表達(dá)上調(diào)，提高植物耐鹽性［21，46-47］。

豌豆（Pisum sativum）接種產(chǎn)生ABA 的爭論貪噬菌5C-2 降低了根中ABA 的水平，并影響韌皮部中芽-根ABA 轉(zhuǎn)運的長距離信號傳導(dǎo)和木質(zhì)部中的根-莖ABA 轉(zhuǎn)運過程［48］。葡萄與擬南芥接種產(chǎn)ABA 的地衣芽孢桿菌、熒光假單胞菌、巴西固氮螺菌后，內(nèi)源ABA 含量增加并且具有更高的滲透脅迫耐受性［49-50］。大量研究表明，PGPB 誘導(dǎo)的植物ABA 水平變化可能會降低植物對滲透脅迫的敏感性，對提高植物非生物脅迫耐受性具有顯著作用。

2.3 PGPB產(chǎn)生GA

赤霉素（Gibberellin，GA）參與植物的多個生長發(fā)育階段，如種子萌發(fā)、葉片膨大、光形態(tài)建成、莖伸長、花器的發(fā)育和果實的成熟等，對細(xì)胞分裂和伸長，下胚軸、根和葉分生組織大小的調(diào)節(jié)有積極作用［51-53］。GA3是一種具有生物活性的GA，在低鹽脅迫下可以顯著提高種子的發(fā)芽率和植物的水分利用率［54-55］，在高鹽脅迫下仍能顯著改善植物的生長狀況［56］。

PGPB 可以影響植物內(nèi)源GA 水平［57］。例如，接種產(chǎn)生GA 的蠟狀芽孢桿菌 MJ-1 的辣椒，莖鮮重增加138%，根鮮重增加128%，具有更高的內(nèi)源GA 水平，表現(xiàn)出更好的定殖和促生效果［58］。同樣，Leifsonia soliSE134 菌株產(chǎn)生的GA 對水稻、黃瓜、番茄和 蘿卜有促生作用［59］。Bacillussp. 和Azospirillumsp.產(chǎn)生的GA 增加了植物氮的吸收［60］。接種產(chǎn)GA3的解淀粉芽孢桿菌，水稻內(nèi)源GA1、GA4、GA7和GA9被上調(diào)，水楊酸含量增加，促生效果顯著［61］。接種產(chǎn)生GA 的PGPB 能夠通過影響植物內(nèi)源GA3、水楊酸、脫落酸等激素水平促進(jìn)作物生長［62］。

2.4 PGPB產(chǎn)生JA和SA

茉莉酸（Jasmonic acid，JA）和水楊酸（Salicylic acid，SA）廣泛存在于植物體內(nèi)［63］。JA 作為信號分子參與植物對水、鹽的響應(yīng)，也是植物各發(fā)育過程和防御反應(yīng)的重要信號分子［64］。近年來，分子生物學(xué)研究證實了JA 與植物耐鹽性的相關(guān)性。SA 在植物細(xì)胞膜疏水區(qū)積累，可以減少細(xì)胞內(nèi)電解質(zhì)外滲，減輕膜脂過氧化，保護(hù)蛋白質(zhì)及膜結(jié)構(gòu)的完整性，對植物種子萌發(fā)、離子吸收與轉(zhuǎn)運、細(xì)胞膜透性、光合作用及生長速率等生理生化過程產(chǎn)生影響，進(jìn)而減輕鹽脅迫對植物的傷害［65-66］。

多種能夠合成并向植物提供JA、SA 的PGPB能夠促進(jìn)植物生長，提高植物耐鹽性、抗病能力［67-68］。產(chǎn)生SA 的解淀粉芽孢桿菌LJ02 接種到黃瓜幼苗后，植株SOD、POX、CAT、PPO、PAL 顯著提高，葉片中游離SA 含量和抗病基因PR-1的表達(dá)明顯升高，植株抗病能力增 強(qiáng)［69］。Burkholderia phytofirmansPsJN 作用于葡萄后也使植株內(nèi)源SA 增加，激活并上調(diào)了葡萄的防御基因［70］。研究表明，產(chǎn)生JA 和SA 的PGPB 促進(jìn)了植物內(nèi)源SA 的積累，同時能夠提高植物的抗病和抗氧化活性，對植物的耐鹽性產(chǎn)生了積極影響。

2.5 PGPB產(chǎn)生CTK

嘌呤類化合物參與根愈傷組織分化和芽形成的過程［71］。細(xì)胞分裂素（Cytokinins，CTK）主要調(diào)節(jié)植物細(xì)胞分裂、頂端優(yōu)勢、葉綠體生物發(fā)生、養(yǎng)分調(diào)節(jié)、葉片衰老、管組織分化、光信號傳導(dǎo)發(fā)育、芽分化和花青素的產(chǎn)生等生命活動，參與植物對生物和非生物脅迫抗性的形成［72-73］。多種PGPB能夠產(chǎn)生CTK 并改變植物內(nèi)源CTK 濃度［37，74］，其中，AHK3、AHK2、CRE1/AHK4/WOL 三種受體能夠以CTK 依賴的方式促進(jìn)調(diào)節(jié)因子的表達(dá)和信號傳 導(dǎo)［75-76］，對促進(jìn)植物生長有積極作用［77］。例如側(cè)柏接種產(chǎn)CTK的枯草芽孢桿菌，芽中CTK 含量增加，對滲透脅迫的抗性更強(qiáng)［78］。枯草芽孢桿菌接種到萵苣根際，通過調(diào)節(jié)植株根-芽CTK 信號傳導(dǎo)來促進(jìn)作物生長［79］。PGPB 合成CTK 并改變植物CTK內(nèi)穩(wěn)態(tài)的能力凸顯了PGPB 在刺激植物生長和增加植物耐鹽性上的重要性。

3 PGPB 促進(jìn)植物營養(yǎng)吸收

3.1 PGPB的溶磷作用

磷（P）是植物的主要常量營養(yǎng)素之一。土壤中P 含量約0.05%（W/W），其中只有0.1%的P 為有效磷，嚴(yán)重限制了P 的利用率［80］。鹽堿地降低了植物對磷的吸收，抑制了植物生長和代謝，而施用無機(jī)磷肥料及鹽水灌溉會增加土壤鹽分［16］。溶磷菌（Phosphate-solubilizing bacteria，PSB）能夠分泌低分子量有機(jī)酸，通過螯合、離子交換和酸化等各種機(jī)制將不溶性磷酸鹽轉(zhuǎn)化為HPO42-和H2PO4-，進(jìn)而提高植物組織中磷含量，改善植物長勢并減輕鹽脅迫損傷［81］。

從白骨壤根際篩選鑒定出129 種能夠溶解磷酸鹽巖的細(xì)菌菌株，其中，Oceanobacillus picturae能夠產(chǎn)生多種有機(jī)酸以及酸性、堿性磷酸酶，能夠溶解97%磷酸鹽巖，增加木質(zhì)部導(dǎo)管數(shù)量，促進(jìn)根和莖養(yǎng)分吸收，增強(qiáng)光合氣體交換，顯著促進(jìn)幼苗根和芽的生長［82］。鹽脅迫下，番茄接種Achromobacter piechaudii后植株磷含量和水分利用效率提高［83］。部 分植物內(nèi)生菌，包括Arthrobacter、Bacillus和O. picturae等能夠溶解Ca3（PO4）2、AlPO4和FePO4，可增加植株高度、干重、側(cè)枝數(shù)量和穗大?。?2，84-85］。慢生根瘤菌和假單胞菌通過改變大豆根系結(jié)構(gòu)，促進(jìn)了氮、磷的吸收，并提高了其耐鹽性［86］。綜上所述，在鹽脅迫環(huán)境中，PSB 的應(yīng)用可促進(jìn)植物磷素吸收而不會加劇土壤鹽度。

3.2 PGPB產(chǎn)生鐵載體

鐵（Fe）是植物生長所需的一種微量營養(yǎng)素，是植物呼吸、光合作用等反應(yīng)中關(guān)鍵酶的組成部分［87］。鹽脅迫抑制了土壤中包括Fe 在內(nèi)的大量微量營養(yǎng)素的可利用性，嚴(yán)重抑制了植物生長［88］。鐵載體是PGPB 分泌的一種水溶性、小分子物質(zhì)，可以專屬、高親和力地與Fe3+結(jié)合成可被吸收的有機(jī)螯合物形式［89］。產(chǎn)鐵載體的PGPB 對鐵的親和力高于真菌病原體，因此，可以有效抑制病原體的增殖。鐵載體能夠增加鐵在根際的供給量，植物則可以利用鐵載體螯合的鐵來改善植物營養(yǎng)、防止植物缺鐵失綠癥的發(fā)生［90］。目前，已經(jīng)報道的產(chǎn)鐵載體的PGPB 有B. thuringiensis、Gracilibacillus saliphilu、Arthrobacter pascens等，能夠在鹽漬土中促進(jìn)Arthrocnemum、macrostachyum、Atriplex leucoclada等作物生長［91-92］。鹽堿土壤中鐵的可用性非常低［88］，研究表明，接種產(chǎn)生鐵載體的PGPB 對提高植物的抗病性和鐵元素攝取量具有積極作用［93-94］。

3.3 PGPB的固氮作用

氮素（N）是陸地生態(tài)系統(tǒng)中最重要、最易匱乏的養(yǎng)分之一，土壤中缺乏有效氮會限制甜土植物及鹽生植物的生產(chǎn)力，鹽脅迫可以干擾植物氮代謝，抑制銨和硝酸鹽的吸收和同化［95］，降低植物組織的N 含量［96］。過量使用無機(jī)肥將增加土壤鹽度、破壞土壤結(jié)構(gòu)、改變土壤微生物的組成、干擾植物N 吸收，反而降低植物組織的N 含量［96-97］。有研究表明，在鹽土中施無機(jī)氮肥后，鹽度增加導(dǎo)致的危害多于氮素增加帶來的益處［98］。

固氮菌是鹽漬土中植物有效氮的重要來源，同時，固氮PGPB 可以通過產(chǎn)生滲透因子來維持植物正常的細(xì)胞膨壓和新陳代謝［99］。例如，假產(chǎn)堿假單胞菌接種到海蓬子后，植株葉綠素含量和N 含量顯著增加［100］；固氮菌Klebsiella pneumoniae顯著促進(jìn)鹽角草早期幼苗生長，發(fā)芽率、鮮重、干重和根長均顯著高于未接菌處理的植株［101］；Jha 等［98］研究表明，與對照相比，鹽脅迫條件下S. brachiate接種B. saurashtrense和Pseudomonas后生物量顯著增加。可見，固氮PGPB 對植物及環(huán)境的潛在益處突出了其作為鹽土農(nóng)業(yè)發(fā)展?jié)撛谏镔Y源的重要性。

4 PGPB 調(diào)節(jié)植物抗氧化酶活性

鹽脅迫會破壞植物體內(nèi)ROS 產(chǎn)生與清除間的動態(tài)平衡，引起生物大分子的氧化損傷甚至細(xì)胞死亡［102］。過量的自由基一方面生成過量丙二醛等物質(zhì)造成膜質(zhì)過氧化，損害生物膜及其功能［103］；另一方面造成植物體內(nèi)負(fù)責(zé)光合色素合成的特異性酶活性下降，葉綠體基粒片層膨脹松散甚至片層解體，光合系統(tǒng)中的超微結(jié)構(gòu)遭到破壞［104］。PGPB 可以通過上調(diào)關(guān)鍵酶的活性來激活植物抗氧化防御機(jī)制來防止過量ROS 導(dǎo)致的膜質(zhì)變質(zhì)，所述關(guān)鍵酶包括超氧化物歧化酶、抗壞血酸氧化酶、過氧化物酶、過氧化氫酶和谷胱甘肽還原酶，同時PGPB 也可以產(chǎn)生半胱氨酸、谷胱甘肽和抗壞血酸等非酶組分以清除過量的活性氧物質(zhì)［105］。

5 PGPB 調(diào)節(jié)植物離子平衡

5.1 PGPB產(chǎn)生滲透調(diào)節(jié)因子

維持植物的滲透平衡對提高其抗鹽性具有重要作用。PGPB 能夠促進(jìn)植物積累相容性溶質(zhì)以維持細(xì)胞內(nèi)滲透平衡，如氨基酸及其衍生物（如谷氨酸、脯氨酸、肽和N-乙?；被岬龋?、季胺（如甘氨酸甜菜堿和脯氨酸甜菜堿等）、糖（如葡萄糖苷、蔗糖和海藻糖等）、四氫嘧啶、羥基四氫嘧啶以及乙酰二氨基酸（乙酰鳥氨酸、乙酰賴氨酸）等［106-107］，其表現(xiàn)出的多種與脅迫相關(guān)的特性可以使作物在高鹽度下受到保護(hù)［39］。其中，四氫嘧啶類物質(zhì)是目前發(fā)現(xiàn)的在細(xì)菌界分布最廣泛的相容性溶質(zhì)，兼具滲透壓調(diào)節(jié)、誘導(dǎo)滲透壓基因表達(dá)、抗逆保護(hù)、分子伴侶等諸多作用。在鹽脅迫下，脯氨酸通過穩(wěn)定細(xì)胞膜和蛋白質(zhì)等亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)，清除自由基并緩沖細(xì)胞氧化還原電勢來減輕植物鹽脅迫損傷［108］。甘氨酸甜菜堿（GB）和脯氨酸是植物中積累的兩種主要的抵抗鹽、干旱脅迫的有機(jī)滲透物，兩種化合物對酶和膜完整性具有積極作用［109］。蘿卜在鹽脅迫下接種PGPB 后，光合色素、脯氨酸、總游離氨基酸和可溶性蛋白含量增加，同時檢測到IAA、GA3、N、P、K+、Ca2+和Mg2+的含量均有提高［110］。Zarea 等［111］研究表明，PGPB 定殖于小麥根際后可通過增加植物脯氨酸積累促進(jìn)植物生長。Upadhyay 等［112］發(fā)現(xiàn)PGPB 處理的小麥中脯氨酸和可溶性糖含量的增加是提高其耐鹽性的關(guān)鍵。在鹽脅迫下，滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)能夠保護(hù)生物大分子的結(jié)構(gòu)和功能，防止酶失活，保障光合作用等生理活動進(jìn)行，增加作物的鹽脅迫系統(tǒng)耐受性，對鹽土農(nóng)業(yè)利用甚至未來農(nóng)業(yè)發(fā)展具有十分重要的意義［113］。

5.2 PGPB產(chǎn)生胞外多糖

生物膜建立在植物根和土壤顆粒表面，對提高作物產(chǎn)量、改善土壤理化性質(zhì)和減少病原體侵染植物根部有重要作用［114-115］。產(chǎn)生胞外多糖（Exopoly saccharides，EPS）的PGPB 能夠促進(jìn)生物膜的形成，進(jìn)而提高土壤肥力、保持種子周圍水分充足、促進(jìn)植物養(yǎng)分吸收和減輕植物Na+損傷。生物膜和EPS 的增加有助于土壤顆粒與植物根系的聯(lián)系［114］。EPS 中羥基、巰基、羧基和磷?；倌軋F(tuán)的結(jié)合特性會促進(jìn)土壤顆粒粘結(jié)并加強(qiáng)團(tuán)聚體的形成，提高植物在鹽脅迫下生物量積累［116］。目前，報道較多的產(chǎn)EPS 的耐鹽菌株主要有Aeromonas、hydrophila、caviae、Bacillussp.、Planococcus rifietoensis、Halomonas variabilis、Burkholderia、Enterobacter、Microbacterium和Paenibacillus等［117-120］。

5.3 PGPB參與轉(zhuǎn)運蛋白調(diào)控

水通道蛋白是存在于植物細(xì)胞的等離子體和細(xì)胞內(nèi)膜中的蛋白，作為水的主要轉(zhuǎn)運蛋白，使植物繼續(xù)從高鹽度土壤中吸收水分，將有助于植物應(yīng)對干旱和鹽脅迫［121］，鹽脅迫條件下，玉米和豌豆等接種變形菌和巨大芽孢桿菌后，根部PIP2和ZmPIP1-1上調(diào)，表明接種PGPB 有助于提高植物的根際導(dǎo)水率［14］。

高親和K+轉(zhuǎn)運載體（HKT）是與植物耐鹽性有關(guān)的一類Na+或K+轉(zhuǎn)運體或Na+-K+共轉(zhuǎn)運體［122］。研究表明，枯草芽孢桿菌可以通過下調(diào)植物根中HKT基因的表達(dá)來減少根對Na+的過量吸收，促進(jìn)芽- 根Na+再循 環(huán)［14，123］。Islam 等［13］的研究 表明，鹽脅迫下接種PGPB 可能通過調(diào)節(jié)離子轉(zhuǎn)運蛋白的表達(dá)來提高植物吸收選擇離子的效率以保持高K+/Na+比，減少Na+和Cl-等離子的積累，調(diào)節(jié)大量營養(yǎng)素和微量營養(yǎng)素的平衡。

6 PGPB 誘導(dǎo)植物系統(tǒng)抗性

鹽脅迫引起的滲透脅迫、離子毒害、氧化脅迫和植物病害等復(fù)雜因素能夠破壞植物細(xì)胞、組織和器官，引起植物生理生化代謝紊亂，甚至造成植物死亡（圖1）。誘導(dǎo)系統(tǒng)抗性（Induced system tolerance，IST）即微生物在植物根際或內(nèi)部定殖后，植物形成的抵抗廣泛的生物與非生物因子的防御能力［124］。研究表明，微生物及其組分，如脂多糖、鞭毛、鐵載體、環(huán)脂肽、2，4-二乙?；g苯三酚、高絲氨酸內(nèi)酯和某些揮發(fā)物作為誘導(dǎo)系統(tǒng)抗性的誘導(dǎo)劑保障了植物的健康生長和發(fā)育［125］，使其能夠抵抗多種細(xì)菌、真菌和病毒性植物病害［126］。

揮發(fā)性有機(jī)化合物（Volatile organic compounds，VOCs）是分子量較低、疏水性、常溫常壓下容易揮發(fā)的化合物，可在大氣和土壤中擴(kuò)散［127］。微生物產(chǎn)生的VOCs 和N-acyl-L-homoserine lactones（AHLs）等多種信號在植物形態(tài)發(fā)生過程中起重要作用［20］。Pseudomonas產(chǎn)生的VOCs 可以顯著上調(diào)營養(yǎng)貯藏蛋白、γ-谷氨酰水解酶和RuBisCo大蛋白，是在鹽脅迫下誘導(dǎo)大豆產(chǎn)生系統(tǒng)耐受性的關(guān)鍵［128］。Alcaligenes faecalisJBCS1294 通過散發(fā)己二酸和丁酸，改變生長素和赤霉素合成途徑來提高植物耐鹽性［23］。Paraburkholderia phytofirmansPsJN 產(chǎn)生的揮發(fā)性有機(jī)物2-十一酮、7-己醇、3-甲基丁醇和二甲基二硫等也被驗證具有促進(jìn)擬南芥生長并誘導(dǎo)其產(chǎn)生脅迫耐受性的作用［129］。

HCN、吩嗪、硝吡咯菌素、2，4-二乙?；g苯三酚、藤黃綠膿菌素和張力蛋白等是PGPB 能夠產(chǎn)生的抗真菌代謝物［23］。PGPB 還能夠產(chǎn)生真菌細(xì)胞壁降解酶，如能降解一些真菌細(xì)胞壁脂類的脂肪酶、降解真菌細(xì)胞壁碳水化合物的β-1，3-葡聚糖酶、降解真菌細(xì)胞壁幾丁質(zhì)的幾丁質(zhì)酶、降解細(xì)胞壁蛋白的蛋白酶等［130-131］。Egamberdieva 等［132］報道，當(dāng)用Pseudomonas aeruginosa處理鹽堿土中黃瓜和番茄時，可抑制Fusarium solani引起的根腐病。研究證實，即使在鹽脅迫下，PGPB 仍然能夠介導(dǎo)植物產(chǎn)生抵抗多種植物病害的系統(tǒng)抗性［133］。

圖1 鹽脅迫對植物的影響

基于鹽漬化土壤的理化性質(zhì)和鹽脅迫下植物的受損機(jī)制，結(jié)合上述研究成果，我們認(rèn)為，PGPB 能夠從多方面通過多種途徑改良土壤，依靠不同特性提高植物滲透調(diào)節(jié)能力、離子轉(zhuǎn)運能力、激素調(diào)節(jié)能力、抗氧化能力和養(yǎng)分吸收能力（圖2）。

7 結(jié)論與展望

鹽脅迫使植物同時面臨離子脅迫、滲透脅迫、氧化脅迫和植物病害等威脅，PGPB 的多種特性能夠協(xié)助植物減輕脅迫損傷，其中，調(diào)節(jié)植物內(nèi)源激素水平、促進(jìn)營養(yǎng)吸收等特性對植物生長具有重要促進(jìn)作用。本課題組依托于黃河下游森林培育國家林業(yè)和草原局重點實驗室，在研究中證實，耐鹽菌株能夠在鹽脅迫環(huán)境中保持更高的生物活性，顯著提高小麥和棗樹等作物的滲透調(diào)節(jié)、抗氧化和養(yǎng)分吸收能力，具有改變根系結(jié)構(gòu)，提高生物量積累的作用效果。為了進(jìn)一步探究植物-土壤-PGPB 的作用關(guān)系、篩選得到更多具有實效的PGPB 菌株、加快高效耐鹽PGPB 的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用、減少鹽漬化土壤快速擴(kuò)張帶來的生產(chǎn)損失，建議在以下方面做進(jìn)一步研究：

圖2 鹽脅迫環(huán)境下PGPB 對土壤與植物的作用機(jī)制

（1）植物激素是植物用于調(diào)節(jié)各種應(yīng)激反應(yīng)的必要因子，分子生物學(xué)的突破增加了對植物激素信號通路的認(rèn)識。鹽脅迫使植物產(chǎn)生多種信號傳導(dǎo)途徑，而IAA、GA、ABA、CTK、JA 和SA 等在多種信號傳導(dǎo)中存在相互促進(jìn)或抑制的情況［113］，不同激素在植株內(nèi)的協(xié)同作用仍有待闡明。此方向的研究有利于更全面地認(rèn)識PGPB 對植物激素的調(diào)控機(jī)制，可為最終獲得可靠的PGPB 菌種提供理論依據(jù)。

（2）目前，關(guān)于鹽脅迫下PGPB 的研究大多集中在其對宿主植物的促生效應(yīng)，而PGPB 與根際其他微生物對鹽漬土的協(xié)同作用的研究則鮮有涉及。同時，PGPB 能夠?qū)χ参锏母H土、甚至內(nèi)生菌微生物群落結(jié)構(gòu)、多樣性、穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，通過高通量測序等技術(shù)手段分析PGPB 對其作用規(guī)律，找到群落的發(fā)生、演替規(guī)律，發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定存在于根際和作物內(nèi)部的有益菌群，分析優(yōu)勢菌群的功能特性，了解其對植物生長、耐鹽性的影響，將為更好地揭示PGPB 在鹽漬土改良中的生態(tài)學(xué)功能提供理論依據(jù)。

（3）PGPB 對環(huán)境條件存在依賴性，部分菌株在脅迫環(huán)境中活性降低甚至失活。研究發(fā)現(xiàn)，從鹽、堿、酸、干旱、水淹、高溫及低溫等環(huán)境分離的PGPB 可以對相應(yīng)農(nóng)業(yè)條件下的作物提供有效保護(hù)，因此，鹽生植物與鹽土中PGPB 資源的開發(fā)將加快菌劑篩選進(jìn)程，另外，通過基因工程手段構(gòu)建生物活力高、試驗效果好、活性穩(wěn)定的菌株也是重要的獲得方式。

（4）不同PGPB 在不同鹽分類型、不同脅迫強(qiáng)度和不同脅迫時間的土壤中定殖能力不同，對不同植物及同一植物不同部位的影響也存在差異。很難用一個標(biāo)準(zhǔn)來界定PGPB 對植物的促生效果。若能針對不同鹽漬土壤類型、植物種類和組織部位確定適當(dāng)?shù)脑u價標(biāo)準(zhǔn)，將更有利于評價PGPB 對植物和土壤的影響，也將為篩選高效耐鹽的PGPB 菌種及其應(yīng)用提供理論和技術(shù)依據(jù)。

（5）獲得某種具有特定功能的菌株并非難事，但獲得生物活力高、可在植物根際或組織內(nèi)部穩(wěn)定定殖、發(fā)酵性狀良好、生物安全性符合要求、分類地位清晰、作用機(jī)理明確、大田試驗效果好的菌株仍需大量的研究工作。目前，多數(shù)研究工作仍局限在人工模擬條件，作物培養(yǎng)方式多為短周期水培、盆栽等，而對在自然生境下土壤與植物間的營養(yǎng)分配和水鹽傳導(dǎo)規(guī)律的認(rèn)識仍存在不足，植物-土壤-PGPB 的作用方式、信號傳遞途徑、干擾因素等研究尚不完善，菌劑在自然環(huán)境中最佳的施用條件、適用作物、用法用量等仍需完整的試驗驗證，該工作的研究要求增加在自然環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)尺度上的試驗。

（6）鹽堿土改良對改善植物長勢至關(guān)重要，綜合利用物理、化學(xué)、水利、生物等土壤改良措施具有重要意義。目前，通過小規(guī)模研究發(fā)現(xiàn)PGPB 與其他改良劑聯(lián)合使用能夠更好地改善植物長勢，增加土壤養(yǎng)分，提高改良水平。科學(xué)地結(jié)合不同改良劑并創(chuàng)新試驗方法對提高鹽土改良效果、減少修復(fù)成本、維持生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)具有更大的優(yōu)勢和更高的推廣價值。