胡玉婕 朱秀玲 丁延芹，2 杜秉海，2 汪城墻，2

（1. 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，泰安 271018；2. 山東省鹽堿地植物-微生物聯(lián)合修復(fù)工程技術(shù)研究中心 山東省農(nóng)業(yè)微生物重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，泰安 271018）

人口的不斷增長以及社會發(fā)展節(jié)奏的加快，導(dǎo)致了環(huán)境資源緊張、耕地面積逐漸減少，世界范圍內(nèi)土壤鹽漬化問題也日趨嚴(yán)峻。受氣候、地理、土壤質(zhì)地等多種因素的影響，土壤中的可溶性鹽類重新分配，逐漸在土壤表層積聚而形成鹽堿地。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全球鹽堿地總面積達(dá)10億hm2，約占陸地總面積的1/10［1］。適量的無機(jī)鹽離子會促進(jìn)植物的生長，但當(dāng)土壤鹽分過高時，就會影響植物的生長發(fā)育，引起鹽分脅迫。鹽脅迫是影響作物生產(chǎn)的重要逆境因子［2］。新疆輕度鹽漬化土壤上的作物產(chǎn)量較正常土地上的相比會降低10%-15%，中度鹽漬化土壤上作物產(chǎn)量會降低20%，甚至更多［3］；蘇北沿海地區(qū)近?？谔幫寥利}分過高，土壤有機(jī)質(zhì)含量低，幾乎無植被生長；黃河三角洲受多種因素的影響而土壤鹽漬化嚴(yán)重，土壤鹽度與土壤中營養(yǎng)物質(zhì)含量呈負(fù)相關(guān)［4］，嚴(yán)重制約著當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)穩(wěn)定和農(nóng)業(yè)發(fā)展。為了更好地開發(fā)和利用鹽堿土地資源，人們采取了優(yōu)化灌溉、增施有機(jī)肥、施用石膏及腐殖酸等多種措施以降低土壤含鹽量，但都收效甚微。近年來利用微生物的耐鹽性對鹽堿土進(jìn)行改良，可以提高植物耐鹽能力，此部分研究已成為土壤微生物學(xué)和微生物生態(tài)學(xué)的熱點(diǎn)之一。

植物根際促生細(xì)菌（Plant growth-promoting rhizobacteria，PGPR）是一類定殖于植物根際的對植物生長起促進(jìn)作用的細(xì)菌，具有加速營養(yǎng)物質(zhì)的吸收利用、防治植物病害和應(yīng)對非生物脅迫的能力［5］。目前已鑒定出多種PGPR菌株，其中的芽孢桿菌因抗逆能力強(qiáng)而備受關(guān)注。蠟樣芽孢桿菌（Bacillus cereus）JYZ-SD2［6］在含氯化鈉0%-6%的平板上均能生長；枯草芽孢桿菌（B. subtilis）BR5和巨大芽孢桿菌（B. megaterium）BN7［7］的氯化鈉耐受能力達(dá)到了18%，并在鹽漬土壤盆栽實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)出良好的促生效果；地衣芽孢桿菌（B. licheniformis）SSA61［8］甚至可在鹽濃度高達(dá)25%的條件下生長繁殖。研究芽孢桿菌對鹽脅迫的耐受機(jī)制及其促進(jìn)植物耐鹽生長的機(jī)理，對鹽堿地的改良及開發(fā)利用具有重要意義。

1 芽孢桿菌的生物學(xué)特性與應(yīng)用

芽孢桿菌大多細(xì)胞壁較厚，肽聚糖層致密交聯(lián)，主要存在于土壤等生境。芽孢桿菌具有產(chǎn)芽孢的能力，芽孢為一種休眠體構(gòu)造，抗逆性極強(qiáng)，對干旱、鹽害、化學(xué)藥物等均具有一定程度的抵抗能力。芽孢桿菌可水解淀粉、還原硝酸鹽、降解蛋白質(zhì)等，為好氧或兼性厭氧菌［9］。

芽孢桿菌生理特征豐富多樣，在農(nóng)業(yè)、發(fā)酵工業(yè)、醫(yī)藥行業(yè)及食品領(lǐng)域等具有廣泛的應(yīng)用價值。芽孢桿菌在生長繁殖過程中產(chǎn)生的蛋白酶、淀粉酶、有機(jī)酸等，可促進(jìn)復(fù)雜有機(jī)物的分解，使?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)的吸收利用更加高效。芽孢桿菌可分泌產(chǎn)生多種活性代謝物，如多黏菌素、抗菌肽、抗病毒活性物質(zhì)等，這些物質(zhì)是天然藥物的重要來源之一。另外，芽孢桿菌還是目前研究較多的一類有益生防細(xì)菌，其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的作用主要可表現(xiàn)在兩方面，其一為促生作用：如施用芽孢桿菌XT1［10］菌液的番茄、辣椒、南瓜和黃瓜的地上鮮重均有不同程度的增加；其二為抗菌與防治病害作用：芽孢桿菌具有廣泛的抗菌活性，可拮抗許多病原真菌，研究表明，枯草芽孢桿菌與鉀聯(lián)用對黑腐皮菌有良好的抑制作用［11］，對蘋果樹腐爛病具有一定的防治效果，一株內(nèi)生芽孢桿菌OEE1［12］可用于防治橄欖黃萎病等。

2 芽孢桿菌的耐鹽基因

芽孢桿菌可通過多種作用增強(qiáng)植物耐鹽性，促進(jìn)鹽脅迫條件下植株的生長，提高作物產(chǎn)量。芽孢桿菌的耐鹽機(jī)制是通過調(diào)節(jié)自身耐鹽基因的表達(dá)來實(shí)現(xiàn)的。近年來，芽孢桿菌相關(guān)耐鹽基因也不斷被挖掘，從基因角度深入認(rèn)識芽孢桿菌的耐鹽性有助于研究新的轉(zhuǎn)基因耐鹽作物，提高鹽堿地的利用率。

2.1 Na+外排相關(guān)基因

鹽脅迫對細(xì)胞膜的損傷可使胞外大量鹽離子輸入細(xì)胞內(nèi)，Na+過量累積會對微生物細(xì)胞造成毒害，此時Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的存在對于維持細(xì)胞正常鹽濃度和pH穩(wěn)態(tài)起關(guān)鍵性作用。Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白又稱Na+/H+泵，是一類負(fù)責(zé)離子交換的跨膜蛋白，可在ATP的驅(qū)動下可將胞內(nèi)多余的Na+泵出細(xì)胞［13］。1997年研究者從芽孢桿菌（B. firmus）OF4811M中首次克隆出了編碼Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的基因nhaC［14］；2008年Yang等［15］從達(dá)坂芽孢桿菌（Halobacillus dabanensis）中克隆得到基因nhaH，這是第一個來自中度嗜鹽菌的與Na+外排有關(guān)的基因，其親水性C-末端結(jié)構(gòu)域只有9個氨基酸殘基，用PCR方法構(gòu)建C端親水區(qū)域缺失突變株NHδC并轉(zhuǎn)化大腸桿菌，其在高鹽環(huán)境中的生長受到抑制；在枯草芽孢桿菌的基因組中也已鑒定出多個編碼逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因，如mrp、tetA（L）、nhaC、nhaK、mleN及yvgP等［16］，其中mrp是常見的編碼逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的基因，廣泛存在于細(xì)菌和古細(xì)菌中。Mrp結(jié)構(gòu)復(fù)雜，是由7個亞基構(gòu)成的異源寡聚復(fù)合物，每個亞基對蛋白質(zhì)活性的發(fā)揮都是不可或缺的［17］。在高濃度的鈉離子、鋰離子或鉀離子存在的情況下，mrp系統(tǒng)對于維持細(xì)菌離子平衡和酸堿度穩(wěn)態(tài)至關(guān)重要［18］。

2.2 胞內(nèi)積累小分子物質(zhì)的相關(guān)基因

積累滲透壓保護(hù)物質(zhì)是微生物耐受高鹽環(huán)境最常見的機(jī)制，一方面可緩解高鹽壓力；另一方面這些親和性溶質(zhì)可迅速的合成和降解，不會對細(xì)胞造成額外的負(fù)擔(dān)。四氫嘧啶是一種小分子物質(zhì)，在細(xì)胞內(nèi)大量積累可起平衡滲透壓的作用。張薇等［19］從中度嗜鹽菌（B. alcalophilusDTY1）中克隆出了四氫嘧啶合成基因簇etcABC，etcA基因編碼二氨基丁酸乙?；D(zhuǎn)移酶，etcB編碼二氨基丁酸氨基轉(zhuǎn)移酶，etcC編碼四氫嘧啶合成酶；鞠建松等將與四氫嘧啶合成有關(guān)的3個基因構(gòu)建共表達(dá)質(zhì)粒載體，轉(zhuǎn)化后獲得的重組菌株具有高效的四氫嘧啶合成能力，菌株也具有極強(qiáng)的耐鹽性［20］。脯氨酸也是關(guān)注度較高的一類滲透壓保護(hù)物質(zhì)，芽孢桿菌在面對高鹽環(huán)境時，可通過積累大量脯氨酸作為應(yīng)激保護(hù)劑［21］。與脯氨酸合成有關(guān)的基因有proA（γ-谷氨酰磷酸還原酶）、proB（γ-谷氨酰胺激酶）、proH（δ1-吡咯啉-5-碳氧基酸還原酶）和proI（δ1-吡咯啉-5-羧酸還原酶）等。ProJ和ProH是面對滲透脅迫時產(chǎn)生脯氨酸的關(guān)鍵因子，它們的結(jié)構(gòu)基因由SigA型啟動子轉(zhuǎn)錄，但目前尚不清楚原核啟動子的調(diào)控特征［22］。

2.3 應(yīng)激蛋白基因

芽孢桿菌細(xì)胞在受到外界刺激時，最顯著的反應(yīng)之一是誘導(dǎo)產(chǎn)生大量的應(yīng)激蛋白（General stress proteins，GSPs）［23］，GSPs是廣泛存在于生物系統(tǒng)的一類保護(hù)性蛋白。早在1994年，科學(xué)家就從枯草芽孢桿菌中克隆出了與應(yīng)激反應(yīng)相關(guān)的cIpC基因。研究表明，當(dāng)芽孢桿菌暴露于高溫、高鹽等多種環(huán)境壓力時，cIpC基因轉(zhuǎn)錄水平就會顯著提升［24］。近年來，科學(xué)家又從枯草芽孢桿菌中發(fā)現(xiàn)了小分子Hsp：YocM，其在鹽脅迫反應(yīng)中具有積極的作用。6%NaCl條件下yocM缺失菌株的存活會受到威脅，而野生型菌株YocM的表達(dá)明顯增加，細(xì)胞生長狀況良好［25］。YocM在細(xì)胞中的積累可以起到識別錯誤折疊蛋白質(zhì)聚集體的作用，其與化學(xué)伴侶互作可清除蛋白質(zhì)聚集體，分解受損的蛋白質(zhì)等，增強(qiáng)對細(xì)胞的協(xié)同保護(hù)作用。此外，許多由熱、乙醇、鹽脅迫或葡萄糖、磷酸鹽饑餓等誘導(dǎo)的GSPs的表達(dá)需要依賴σ調(diào)控因子［26］。鹽脅迫條件下，枯草芽孢桿菌的轉(zhuǎn)錄組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)σB、σW、σM和σX調(diào)節(jié)因子普遍存在［27］。σB依賴型應(yīng)激蛋白最為常見，其至少可以分為5個功能組，這些功能組可為生長受限的枯草芽孢桿菌細(xì)胞提供多重應(yīng)激抗性［26］。

2.4 DegS-DegU信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)

許多研究表明，DegS-DegU雙組分系統(tǒng)參與了芽孢桿菌對鹽脅迫條件的感知，調(diào)節(jié)相關(guān)基因的表達(dá)。DegS-DegU控制某些降解酶的合成，在枯草芽孢桿菌中，鹽脅迫會強(qiáng)烈刺激編碼左旋蛋白酶的sacB基因的表達(dá)（約9倍），并下調(diào)編碼堿性蛋白酶的aprE基因的表達(dá)（約6倍）［28］。在高鹽培養(yǎng)條件下，重組枯草芽孢桿菌AJ73（pCS9）的絲氨酸蛋白酶的生物合成得到增強(qiáng)，然而在缺乏調(diào)節(jié)蛋白DegS和DegU的重組枯草芽孢桿菌中，絲氨酸蛋白酶基因的表達(dá)被抑制，DegS-DegU系統(tǒng)參與了菌株AJ73（pCS9）中蛋白酶基因表達(dá)的正向調(diào)節(jié)［29］。DegSDegU信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)可調(diào)節(jié)大分子的合成、降解或轉(zhuǎn)運(yùn)入胞，從而參與滲透調(diào)節(jié)和滲透休克后的適應(yīng)性。wapA屬于受鹽脅迫影響的DegS-DegU調(diào)節(jié)因子，在低鹽濃度下高表達(dá)，而在高鹽濃度下幾乎完全被抑制，原因是鹽脅迫誘導(dǎo)一額外的阻遏物作用于wapA控制區(qū)，從而下調(diào)其表達(dá)過程。WapA通過充當(dāng)篩子、離子孔或通道來增加細(xì)胞壁的滲透性，關(guān)閉它的合成可以防止外部介質(zhì)和細(xì)胞質(zhì)室之間的過度交換［30］。鳥苷酸特異性核糖核酸酶（RNases）可為芽孢桿菌細(xì)胞提供有效磷元素，研究發(fā)現(xiàn)，逐漸提高環(huán)狀芽孢桿菌（B. circulans）培養(yǎng)環(huán)境中的鹽摩爾濃度，胞外鳥嘌呤核糖核酸酶Bci的水平會逐漸增加，研究者在RNase Bci啟動子中發(fā)現(xiàn)了與調(diào)控蛋白DegU結(jié)合位點(diǎn)同源的序列，DegS-DegU系統(tǒng)也參與鹽脅迫下RNase Bci表達(dá)的調(diào)節(jié)［31］。

2.5 其他基因

有關(guān)芽孢桿菌耐鹽基因的研究還有很多。例如芽孢桿菌N16-5暴露于高鹽脅迫下，鐵穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)因子fur的表達(dá)上調(diào)，fur可能在芽孢桿菌的鹽適應(yīng)中發(fā)揮作用［32］。將芽孢桿菌SJ-10的β-葡萄糖苷酶基因bglC［33］構(gòu)建重組質(zhì)粒轉(zhuǎn)化大腸桿菌，重組菌在15% NaCl條件下的β-葡萄糖苷酶活性提高了3.3倍且熱穩(wěn)定性也提高1.5倍，而在45℃無鹽條件下BglC蛋白110 min后完全喪失活性；此外，鹽存在下的吉布斯自由能更高，由于在高鹽度條件下酶活性和熱穩(wěn)定性得到提高，BglC是一種理想的耐鹽酶。Zhang等［34］從地衣芽孢桿菌中克隆出了一種耐寒、耐堿、耐鹽的酯酶Est700，在高鹽濃度下穩(wěn)定存在且沒有活性損失。但Est700缺乏酸性表面，而酸性表面被認(rèn)為是高鹽度下酶穩(wěn)定性的關(guān)鍵，這不同于所報(bào)道的大多數(shù)耐鹽酯酶。

為了深入探究芽孢桿菌的耐鹽促生機(jī)制，Wang等［35］對耐鹽芽孢桿菌（B. flexus）KLBMP 4941進(jìn)行了全基因組測序發(fā)現(xiàn)，它的基因組中存在很多與耐鹽性相關(guān)的基因，如Na+輸出相關(guān)基因mrpB、nhaC、yjbQ；鉀轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因ktrB；甘氨酸甜菜堿轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因opuD、opuBA、opuCC；鐵載體生物合成基因rhbC、rhbD、rhbE等。金和坡［36］對從醬油中分離出的兩株具有良好耐鹽特性的蠟樣芽孢桿菌B25和B26也進(jìn)行了全基因組測序與生物信息學(xué)分析，初步獲得了49個可能與其耐鹽性相關(guān)的基因，如感應(yīng)蛋白基因kdpD、輔助蛋白基因czcD、分子伴侶groEL以及編碼丙酮酸激酶、磷酸甘油酸酯酶、過氧化氫酶、葡萄糖酶等的一系列基因。這一研究對于建立微生物耐鹽調(diào)控系統(tǒng)具有重要意義。

3 芽孢桿菌有助于植物的鹽脅迫應(yīng)答

3.1 植物的鹽脅迫損傷

高鹽環(huán)境下植物的生長會受到抑制（圖1）。鹽分脅迫會使植物細(xì)胞內(nèi)丙二醛（MDA）的含量增加，過量的MDA會對細(xì)胞膜造成損害，引起質(zhì)膜過氧化，影響細(xì)胞膜的通透性。細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)被破壞，離子交換失衡，胞外大量的Na+、Cl-進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，鹽離子在胞內(nèi)累積會降低細(xì)胞對Ca2+、K+、N元素、P元素等營養(yǎng)要素的吸收利用，進(jìn)而影響植株的正常生物學(xué)功能。植株葉綠素含量也會受鹽脅迫的影響，高鹽條件下，葉綠體對光能的吸收和轉(zhuǎn)化會減慢，植物的碳同化能力也會被抑制；以棉花為實(shí)驗(yàn)材料，研究鹽脅迫對光合作用影響的實(shí)驗(yàn)證明，高鹽條件下棉花葉片的最大羧化速率和最大電子傳遞速率均顯著降低，凈光合速率、葉肉導(dǎo)度和暗呼吸速率隨鹽分濃度的升高也下降［37］。鹽脅迫還會對植株造成不可逆的氧化損傷；對小麥根系施加300 mmol/L的NaCl，4 h后其DNA發(fā)生片段化，鹽脅迫會誘導(dǎo)根尖細(xì)胞發(fā)生程序性死亡［38］。種子能否萌發(fā)是決定植株生長發(fā)育狀況的關(guān)鍵因素，而鹽漬化土壤中含鹽量高，細(xì)胞內(nèi)的水勢高于土壤介質(zhì)，會造成種子滲透失水，種子的萌發(fā)過程就會被抑制；長穗偃麥草對低鹽濃度具有一定的耐受性，但在高鹽環(huán)境下生長的植株其種子活力指數(shù)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)均顯著降低，并且胚芽長、胚根長較對照組相比也逐漸下降［39］。

3.2 芽孢桿菌的耐鹽特性有助于植物的鹽脅迫應(yīng)答

鹽漬土不利于植物的生長，提高作物自身耐鹽能力來適應(yīng)高鹽環(huán)境，可拓展作物種植范圍，具有重要意義。芽孢桿菌是土壤中的優(yōu)勢微生物種群，具有優(yōu)良的耐鹽特性。表1歸納了近5年國內(nèi)外芽孢桿菌提高植物耐鹽性、促進(jìn)植株生長的一些相關(guān)研究。隨著芽孢桿菌耐鹽機(jī)制研究的深入，其對植物的鹽脅迫應(yīng)答作用也不斷被揭示。

圖1 鹽脅迫對植物的影響［40］

表1 芽孢桿菌提高植物耐鹽性相關(guān)研究

3.2.1 芽孢桿菌產(chǎn)生ACC脫氨酶提高植物耐鹽性 近幾年研究發(fā)現(xiàn)，鹽脅迫會引起植物激素乙烯的增加。正常生理?xiàng)l件下，乙烯具有促進(jìn)果實(shí)成熟、誘導(dǎo)不定根和根毛發(fā)生等積極作用；但乙烯的過度合成會抑制植株根的伸長，乙烯還被稱為逆境下植物生長的抑制劑和衰老促進(jìn)劑。芽孢桿菌可產(chǎn)大量的ACC脫氨酶（1-氨基環(huán)丙烷-1-羧酸脫氨酶），它可將用于逆境乙烯合成的直接前體物質(zhì)ACC分解為氨和ɑ-丁酮酸，以提高植物對逆境的適應(yīng)能力，減輕甚至抵消鹽脅迫的影響，促進(jìn)植物生長。ACC脫氨酶是誘導(dǎo)植物耐鹽脅迫的最有效機(jī)制之一［58］。從蠟樣芽孢桿菌HK012［59］中克隆acds基因（編碼ACC脫氨酶）并構(gòu)建超表達(dá)載體，轉(zhuǎn)入煙草細(xì)胞，轉(zhuǎn)基因煙草的耐鹽性明顯增強(qiáng)。Misra等［53］所研究的3株芽孢桿菌在鹽脅迫下均能積累ACC脫氨酶，并調(diào)節(jié)ACC-氧化酶（ACO）和ACC-合酶（ACS）等的活性來減輕乙烯的不利影響。從山東濱海鹽堿土壤中篩選得到的耐鹽菌株zhs2，其與芽孢桿菌屬特征相符并具有ACC脫氨酶活性，將其作用于鹽脅迫下的小麥種子，處理后的小麥幼苗相對根長較對照組增加26%，相對芽長也增加了20%［60］。施加暹羅芽孢桿菌（B. siamensis）PM13和甲基營養(yǎng)型芽孢桿菌（B. methylotrophicus）PM19［61］對鹽脅迫下的小麥生長同樣具有積極的影響，PM13和PM19不僅具有產(chǎn)ACC脫氨酶的能力，在鹽脅迫條件下還可產(chǎn)生胞外多糖，胞外多糖對鈉離子的螯合和ACC的降解具有積極作用，從而可有效降低鹽脅迫對小麥生長的影響。

3.2.2 芽孢桿菌分泌鐵載體提高植物耐鹽性 鐵元素在自然環(huán)境中主要以Fe3+的形式存在，通常植物和各類微生物都難以利用。鐵載體是鐵的低分子量螯合劑，主要存在于微生物中。芽孢桿菌可分泌鐵載體以增加鐵元素的攝入量?？莶菅挎邨U菌pk5-26［62］在嚴(yán)重鹽脅迫條件下也能生長，并且對擬南芥的促生效果顯著，經(jīng)研究其不僅具有溶磷、固氮作用，還具有氧化鋅以及分泌鐵載體的功能。Ramadoss等［63］所研究的5株芽孢桿菌雖然都不產(chǎn)ACC脫氨酶，但均能減輕鹽脅迫對小麥幼苗的影響，其中SL3和J8W具有良好的鐵載體分泌能力。

3.2.3 芽孢桿菌調(diào)節(jié)植物激素的分泌促進(jìn)植物在鹽脅迫條件下的生長 植物激素對于調(diào)節(jié)植物生長發(fā)育不可或缺，并且在誘導(dǎo)植物對各種生物和非生物脅迫的耐受性方面也起主要作用［64］。許多研究表明，植物在鹽脅迫條件下體內(nèi)激素水平會受到較大影響。以生長素（IAA）為例，苗期向日葵在受到濃度為100 mmol/L的NaCl處理30 h后，其根、莖、葉處IAA濃度與對照組相比分別降低約35%、11%和16%［65］；酸棗幼苗在鹽脅迫條件下葉和根的脫落酸（ABA）含量增加，IAA含量減少，IAA/ABA的比值整體顯著下降［66］。部分芽孢桿菌具有產(chǎn)IAA的能力，短小芽孢桿菌（Brevibacillus parabrevis）BI07［67］在添加色氨酸的培養(yǎng)基中培養(yǎng)4 d，IAA產(chǎn)量可達(dá)36.1 μg/mL；解淀粉芽孢桿菌C3［68］產(chǎn)IAA能力最高可達(dá)251.37 μg/mL。Khan等［69］的研究發(fā)現(xiàn)，在受到高鹽脅迫的大豆幼苗中IAA調(diào)節(jié)基因gmLAX3的表達(dá)減少，而在接種芽孢桿菌后，其表達(dá)從11.26%上調(diào)至43.13%，這說明芽孢桿菌調(diào)節(jié) IAA 生成量也是增強(qiáng)植株耐鹽性的重要因素。

3.2.4 芽孢桿菌通過調(diào)節(jié)滲透壓緩解植物鹽脅迫 植物體內(nèi)滲透壓低于環(huán)境滲透壓的狀況稱為滲透脅迫。鹽害、干旱等是常見的植物滲透脅迫因素，也有研究稱鹽害是造成干旱脅迫的重要影響因子。芽孢桿菌可通過分泌四氫嘧啶、可溶性多糖、甜菜堿、氨基酸等不影響細(xì)胞正常代謝活動的小分子化合物來降低植株體內(nèi)滲透勢，提高細(xì)胞內(nèi)水活度，減輕鹽脅迫對植株造成的危害。王磊等［70］從山東煙臺近海鹽場泥樣中分離到一株嗜鹽芽孢桿菌YTM-5，高鹽濃度條件下培養(yǎng)，其細(xì)胞內(nèi)四氫嘧啶的濃度顯著增加；地衣芽孢桿菌SSA61［8］長期暴露于鹽脅迫條件下時，細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)脯氨酸濃度增加可達(dá)5倍，甘氨酸和甜菜堿的積累也近1.5倍。這些滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的積累是芽孢桿菌在高鹽條件下存活的原因之一，也會在一定程度上提高植物細(xì)胞內(nèi)的滲透壓，緩解植物鹽脅迫。

3.2.5 芽孢桿菌通過溶磷作用提高植物耐鹽性 磷是植物生長所必須的微量元素，核酸和植酸是土壤中有機(jī)磷存在的主要形式，其有效性并不高，無機(jī)磷則以磷酸鹽的形式存在。土壤中普遍處于缺磷狀態(tài)，大多數(shù)農(nóng)作物生長所需要的磷元素?？渴┘恿追蕘硌a(bǔ)充。芽孢桿菌除可產(chǎn)生特異性磷酸酶將有機(jī)磷轉(zhuǎn)化為無機(jī)磷外［71］，還可產(chǎn)植酸酶，將植酸降解從而提高土壤中磷元素的利用率。郭英等［72］將植酸酶活力較高枯草芽孢桿菌T2進(jìn)行化學(xué)誘變，體外篩選得負(fù)突變株M3，T2菌株發(fā)酵液作用于鹽處理的小麥水培液中，水培液中有效磷含量大幅提高，小麥長勢良好，耐鹽性明顯增強(qiáng)，而M3菌株作用于同樣處理的小麥根系，小麥鮮重等生物量不增反降。芽孢桿菌可通過改善植物磷營養(yǎng)狀況提高植物耐鹽性。Boukhris等［73］對突尼斯南部土壤中分離出的解淀粉芽孢桿菌（B. amyloliquefaciens）US573產(chǎn)生的胞外植酸酶進(jìn)行了純化和鑒定，這種酶（PHY US573）在20 g/L NaCl和LiCl存在下分別可保持80%和95%的活性，說明PHY US573具有一定的耐鹽能力。

3.2.6 芽孢桿菌通過固氮作用提高植物耐鹽性 氮素是植物細(xì)胞的重要組成部分，鹽脅迫會干擾植物氮代謝，抑制植物對銨和硝酸鹽的吸收和同化，降低植物組織中的有效氮含量，影響植物的生產(chǎn)力。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，芽孢桿菌可通過固氮作用提高植株內(nèi)的氮含量，抑制鹽脅迫對植物氮代謝所造成的影響。例如，枯草芽孢桿菌L1［74］可促進(jìn)擬南芥中硝酸還原酶的活性，增強(qiáng)擬南芥對硝酸鹽的同化和利用，促進(jìn)植株的生長。

3.2.7 芽孢桿菌的抗氧化作用有利于植物的耐鹽性 植株的呼吸作用、氧化磷酸化等過程都離不開氧氣的參與，然而，當(dāng)植物受到鹽脅迫時氧會被轉(zhuǎn)變成活性氧，活性氧具有很強(qiáng)的氧化能力，其在細(xì)胞內(nèi)的積累會導(dǎo)致某些代謝功能障礙甚至造成植株死亡［75］。芽孢桿菌可產(chǎn)生半胱氨酸、谷胱甘肽（GSH）和抗壞血酸等非酶組分以清除過量的活性氧化物，也可以通過上調(diào)某些抗氧化物酶的活性應(yīng)對土壤鹽分過高對植株所造成的氧化脅迫［40］。鹽脅迫條件下解淀粉芽孢桿菌SN13的過氧化氫酶活性上調(diào)約1.6倍，活性氧含量顯著降低，將其作用于水稻，其促進(jìn)植株生長的能力比使用抗氧化劑的效果顯著［76］。接種解淀粉芽孢桿菌SQR9可顯著提高擬南芥和玉米的耐鹽性能力，對菌株SQR9分泌的分子進(jìn)行分選，發(fā)現(xiàn)亞精胺可誘導(dǎo)植物產(chǎn)生耐鹽性。亞精胺會使谷氨酰胺合成酶和谷胱甘肽還原酶基因表達(dá)增加，從而導(dǎo)致谷胱甘肽水平增加，谷胱甘肽水平對清除活性氧至關(guān)重要。此外，菌株SQR9衍生的亞精胺還會上調(diào)植物nhx1和nhx7的表達(dá)，nhx1和nhx7將鈉離子隔離到液泡中，并將鈉離子排出細(xì)胞，從而降低離子毒性［77］。

4 小結(jié)與展望

鹽脅迫會對植株生長造成威脅，嚴(yán)重影響作物的質(zhì)量及產(chǎn)量，利用植物根際促生細(xì)菌的耐鹽特性可抵御高鹽環(huán)境對植株所造成的影響。芽孢桿菌是非常重要的一類植物根際促生細(xì)菌，隨著現(xiàn)代分子生物技術(shù)的發(fā)展，人們對芽孢桿菌耐鹽性的研究由個體轉(zhuǎn)向分子層面，從基因角度深入研究其耐鹽機(jī)制及某些信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑并取得了一些實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展，這對于轉(zhuǎn)基因耐鹽作物的研究起到了推動作用。本文介紹了芽孢桿菌的主要耐鹽機(jī)制，并從7個方面闡述了芽孢桿菌對植物的鹽脅迫應(yīng)答機(jī)制。不過，芽孢桿菌提高植物對鹽的耐受能力的作用機(jī)制不是單一的，通常是多種途徑共同作用的結(jié)果，如芽孢桿菌B19［78］同時具有溶解無機(jī)磷酸鹽、產(chǎn)生長素、產(chǎn)鐵載體以及吸附土壤中重金屬鎘的作用；蘇云金芽孢桿菌E31［79］具有溶磷解鉀，合成生長素和鐵載體的作用，不僅具有良好的耐鹽特性，其對溫度和pH也具有較強(qiáng)耐受性。

芽孢桿菌的研究已不斷深入，但有許多方面仍需加大科研力度。例如，芽孢桿菌雖可通過產(chǎn)植物激素促進(jìn)植物在鹽脅迫條件下的生長，但各種植物激素之間存在的相互促進(jìn)或抑制的現(xiàn)象對芽孢桿菌和植物的影響需進(jìn)一步闡明；芽孢桿菌的耐鹽促生相關(guān)研究雖有很多，但芽孢桿菌與根際土壤中其他微生物對鹽漬土的協(xié)同作用卻鮮有報(bào)道［40］。目前，有關(guān)耐鹽芽孢桿菌的研究和開發(fā)還只停留在實(shí)驗(yàn)室條件下，并未投入實(shí)際產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，主要原因有以下幾個方面：篩選得到的菌株大多存在生物活力不高的問題；菌株耐鹽性的作用機(jī)理還不明確；自然環(huán)境與實(shí)驗(yàn)室條件存在差異，微生物菌劑的用法用量等還需大量田間試驗(yàn)。

微生物在誘導(dǎo)植株抵抗外界不良環(huán)境的影響方面具有廣闊的應(yīng)用價值，為了推動芽孢桿菌在鹽漬土壤中的應(yīng)用，今后的研究重點(diǎn)應(yīng)放在揭示其耐鹽機(jī)制上，如深入研究其代謝調(diào)控過程、分子調(diào)控機(jī)制等。另外，可以利用基因工程、代謝工程和合成生物學(xué)的方法改造優(yōu)勢耐鹽促生菌株，構(gòu)建多功能高效PGPR，使菌株不僅具有良好耐鹽性，還具有一定耐旱性、抵抗病蟲害等的優(yōu)良特性。未來我們可以把土壤與微生物、微生物與微生物、土壤與植物、植物與植物之間的相互作用關(guān)聯(lián)起來，研究它們之間的信號傳導(dǎo)、干擾機(jī)制等，建立一個動態(tài)關(guān)聯(lián)生物系統(tǒng)，以加快生態(tài)農(nóng)業(yè)的健康發(fā)展。