關(guān)鍵詞：超積累植物；共生微生物；菌劑；Zn；生物強(qiáng)化

中圖分類號(hào)：X17 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1672-2043（2024）10-2229-11 doi：10.11654/jaes.2024-0046

2.4 不同內(nèi)生菌對(duì)地上部Zn的BCF和TF的影響

雙因素方差分析結(jié)果顯示，土壤類型、接種處理及其交互效應(yīng)對(duì)地上部Zn的BCF影響極顯著（表2）。分析可知，在PS中，不同內(nèi)生菌接種后Zn的BCF 為0.24～0.48，均高于CK 處理的0.22，其中SaPA1 和SaPS1處理的BCF分別提高了118.18%和81.82%（表4）。在FAS中，雖然接種內(nèi)生菌對(duì)BCF影響不顯著，但各處理的BCF 為0.46～0.65，說明FAS 中的植株從土壤中富集Zn的能力更強(qiáng)。PS中所有處理的TF平均值為0.42，波動(dòng)范圍為0.31～0.55；FAS所有處理的平均值0.47，波動(dòng)范圍較大，為0.27～1.05。TF的雙因素方差分析結(jié)果顯示，僅接種處理的影響達(dá)到顯著水平，而土壤類型及其與接種處理的交互效應(yīng)的影響均未達(dá)到顯著水平（表2）。

2.5 內(nèi)生菌對(duì)Zn轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)基因表達(dá)水平的影響

雙因素方差分析結(jié)果表明，土壤類型、接種處理及兩者之間的交互效應(yīng)極顯著地影響地上部TaZIPs表達(dá)水平，同時(shí)接種處理及其與土壤類型的交互效應(yīng)也極顯著地影響根部TaZIPs 表達(dá)水平，但是土壤類型對(duì)根部TaZIPs 表達(dá)的影響不顯著（表5）。

在不接種內(nèi)生菌的情況下，F(xiàn)AS 地上部TaZIPs的表達(dá)量顯著高于PS（表5、圖3）。且在提高PS 地上部Zn 含量的SaPA1 和SaPS1 處理中，觀察到TaZIP3、TaZIP6、TaZIP7 和TaZIP10 表達(dá)水平的顯著上調(diào)，說明接種處理對(duì)地上部TaZIPs 的表達(dá)量也有極顯著影響。接種SaPA1使上述4個(gè)基因的表達(dá)水平分別提高374.41%、193.92%、227.57%、167.71%；接種SaPS1 分別提高164.23%、163.20%、244.56%、162.72%。同時(shí)SaPA1和SaPS1也能提高根部TaZIPs的表達(dá)水平，例如，接種SaPA1使TaZIP3、TaZIP6 和TaZIP10 的表達(dá)上調(diào)，接種SaPS1 使TaZIP6 和TaZIP10 的表達(dá)上調(diào)。

在FAS 中，接種SaBR2 顯著提高了TaZIPs 基因的表達(dá)水平。相較于CK，接種SaBR2 的地上部TaZIP3、TaZIP6、TaZIP7 和TaZIP10 的表達(dá)水平分別提高274.22%、110.24%、58.87%和42.36%，根部的表達(dá)水平分別提高397.58%、223.90%、490.86% 和258.82%（圖3）。然而，接種SaZR8對(duì)TaZIPs表達(dá)水平的影響較小，除了地上部TaZIP7 和TaZIP10 的表達(dá)水平顯著下調(diào)之外，其他基因表達(dá)量均未被顯著影響。

2.6 根際微生物群落結(jié)構(gòu)的差異

SaPA1、SaPS1和CK處理的根際土壤α多樣性指數(shù)OTUs、Chao1、Shannon 和Simpson 差異不顯著（表6），說明接種SaPA1和SaPS1對(duì)根際土壤微生物的群落多樣性和物種豐富度產(chǎn)生的影響較小?；贐ray-Curtis距離對(duì)SaPA1、SaPS1和CK處理的根際細(xì)菌群落OTUs 數(shù)據(jù)進(jìn)行PCoA 分析，發(fā)現(xiàn)接種內(nèi)生菌的處理與CK之間不具有明顯的分離效果，其中SaPS1處理和CK處理的置信橢圓重合面積較大，根際細(xì)菌群落組成結(jié)構(gòu)的相似程度較高（圖4a）。

通過LEfSe分析，發(fā)現(xiàn)3種處理的根際土壤間共有32 個(gè)具有顯著差異的細(xì)菌類群（LDA 閾值為3.0）（圖4b、圖4c）。CK處理中有2個(gè)差異細(xì)菌類群，分別是嗜熱油菌綱（Thermoleophilia）及以下蓋勒氏菌目（Gaiellales）。SaPA1處理中共有14個(gè)差異細(xì)菌類群，主要包括腸桿菌目（Enterobacteriales）及以下腸桿菌科（Enterobacter）、腸桿菌屬（Enterobacter），黃色單胞菌科（Xanthomonadaceae）及以下溶桿菌屬（Lyso?bacter），Propionibacteriales 目及以下類諾卡氏菌科（Nocardioidaceae）、類諾卡氏菌屬（Nocardioides）等。SaPS1處理中共有16個(gè)差異細(xì)菌類群，主要包括硝化螺菌門（Nitrospirae）及以下硝化螺菌綱（Nitrospira）、硝化螺旋菌目（Nitrospirales）、硝化螺旋菌科（Nitro?spiraceae）、硝化螺旋菌屬（Nitrospira），蓋勒氏菌科（Gaiellaceae）及以下蓋勒氏菌屬（Gaiella）等。

3 討論

3.1 內(nèi)生菌的促生效應(yīng)

內(nèi)生菌是一類生活在植物組織內(nèi)部的微生物，具有固氮，溶解礦物質(zhì)及合成植物激素、特定酶和鐵載體等改善植物生長情況的直接作用，也可以通過生物防治病原體或誘導(dǎo)植物產(chǎn)生系統(tǒng)抗性（ISR）等間接機(jī)制發(fā)揮作用[16-17]。在PS 中，有溶鋅和溶磷能力的SaPS1使地上部生物量提高了158.48%，具有產(chǎn)吲哚乙酸、溶鋅、溶磷、固氮和產(chǎn)鐵載體能力的SaPS3使地上部生物量提高了123.24%（表1和表3）。比較接種內(nèi)生菌對(duì)兩種土壤中幼苗生物量的影響發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)AS中具有顯著促生效果的菌株種數(shù)較少，這可能與兩種土壤中的養(yǎng)分含量不同以及由此導(dǎo)致的微生物活化養(yǎng)分效率不同有關(guān)[18]。

內(nèi)生菌的促生效應(yīng)可能受植物基因型影響[16]，如從龍葵中分離的促生菌未能促進(jìn)煙草的生長[19]。但有研究證明，內(nèi)生菌可以在多種非宿主植物中發(fā)揮促生效應(yīng)，如洋蔥根部內(nèi)生細(xì)菌能夠促進(jìn)擬南芥、葡萄、玉米、馬鈴薯、黑麥草、番茄和小麥的生長[20]。本研究中，假單胞菌屬（Pseudomonas）的SaPS1 和SaPS3，腸桿菌屬（Enterobacter）的SaEN1和SaEN2，芽孢桿菌屬（Bacillus）的SaBA1 和SaBA2，貪噬菌屬（Variovorax）的SaVA1 和短桿菌屬（Brevibacterium）的SaBR2 顯著提高了植株生物量，說明東南景天內(nèi)生菌可以在非宿主植物中發(fā)揮作用，促進(jìn)植株生長[10]。

3.2 內(nèi)生菌促進(jìn)植物對(duì)Zn的吸收積累

微生物在Zn生物強(qiáng)化中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，不僅可以提高植株Zn含量，還能改善土壤中Zn的循環(huán)利用并促進(jìn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[21]。微生物通過分泌有機(jī)酸和螯合物、促進(jìn)根系生長發(fā)育、調(diào)控相關(guān)基因表達(dá)等方式，提高植物Zn營養(yǎng)品質(zhì)[22-23]。有研究發(fā)現(xiàn)，假單胞菌、腸桿菌和芽孢桿菌等菌屬可以提高小麥的Zn含量[14，24]。與其類似，本研究發(fā)現(xiàn)SaPA1和SaPS1能顯著增加PS中植物的地上部Zn含量，SaZR8和SaBR2則顯著提高了FAS中植物的根部Zn含量，說明東南景天內(nèi)生菌能夠提高非宿主植物的Zn含量[10]，本研究結(jié)果為利用微生物進(jìn)行Zn生物強(qiáng)化提供了有力的證據(jù)。

Zn積累量是指植物在生長過程中在某個(gè)部位或整個(gè)植株中積累的Zn 總量[25]。植物Zn 積累量的增加，意味著植物尤其是作物可食部位可以為動(dòng)物和人類提供更多的Zn營養(yǎng)。提高Zn的施用量可以使小麥籽粒Zn 積累量增加[26]，而微生物的應(yīng)用也可達(dá)到類似效果。本研究發(fā)現(xiàn)，有9種和7種內(nèi)生菌顯著提高了PS中地上部和根部的Zn積累量；有4種和2種內(nèi)生菌使FAS 中地上部和根部Zn 積累量顯著增加（圖1）。盡管東南景天內(nèi)生菌在這兩種Zn含量差異較大的土壤中均能促進(jìn)Zn的積累，但在Zn含量較豐富的PS 土壤中發(fā)揮的作用更加顯著。在外界供Zn水平較低時(shí)，Zn肥的配合施用可能有助于微生物發(fā)揮更大的效用[27]。

3.3 內(nèi)生菌上調(diào)Zn轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白TaZIPs基因的表達(dá)

植物Zn 轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)蛋白參與了植物根系對(duì)Zn 的吸收和Zn在全植株中的運(yùn)輸和分配[28]。TaZIPs 基因家族對(duì)小麥Zn 的吸收轉(zhuǎn)運(yùn)具有重要的調(diào)節(jié)作用[26]。在10 種內(nèi)生菌中，SaPA1 和SaPS1 可以增加PS 地上部的Zn 含量，SaZR8 和SaBR2 可以增加FAS 根部的Zn 含量，本研究分析了接種這4 種內(nèi)生菌對(duì)TaZIPs表達(dá)的影響。在PS中，接種SaPA1和SaPS1顯著提高了地上部4個(gè)TaZIPs 的表達(dá)水平，同時(shí)上調(diào)了根系部分相關(guān)基因的表達(dá)；在FAS中，接種SaBR2顯著提高了地上部和根部4個(gè)TaZIPs 基因的表達(dá)水平（圖3），這些結(jié)果表明內(nèi)生菌通過調(diào)控小麥Zn吸收轉(zhuǎn)運(yùn)基因的表達(dá)增加根系吸收Zn和向地上部轉(zhuǎn)運(yùn)Zn的能力。這和前人的研究結(jié)果基本一致[21]。如Yadav等[14]證實(shí)鷹嘴豆根際的芽孢桿菌等菌株促進(jìn)了TaZIPs 的表達(dá)，同時(shí)提高了植株Zn含量。Singh等[29]的研究表明，經(jīng)過真菌和細(xì)菌混合處理的小麥中，TaZIP1、TaZIP3、TaZIP5 和TaZIP7 的表達(dá)量增加了數(shù)倍。然而，顯著提高根系Zn含量的SaZR8對(duì)根和地上部這4個(gè)基因的表達(dá)水平影響較?。▓D3），這可能是因?yàn)镾aZR8對(duì)Zn的調(diào)控機(jī)制不同于其他菌株。

方差分析顯示，土壤類型顯著影響了地上部的TaZIPs 表達(dá)量，其中FAS顯著高于PS（表5、圖3），這可能是因?yàn)榕cPS相比，F(xiàn)AS的Zn含量較低，從而通過反饋調(diào)節(jié)提高植株TaZIPs 的表達(dá)，促進(jìn)缺Zn條件下Zn的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)，以維持植株正常生長和代謝的需求[30]。

3.4 SaPA1和SaPS1對(duì)根際微生物群落的影響

根際細(xì)菌是根際微生態(tài)的重要組成部分，可以通過根系與植物形成復(fù)雜的共生關(guān)系，影響植物生長與健康[31-32]。大量研究表明，微生物制劑可以改變土壤中微生物的群落結(jié)構(gòu)，為植物提供良好的生存環(huán)境[33]。然而，接種SaPA1和SaPS1并未對(duì)根際微生物的豐富度和均勻度產(chǎn)生顯著影響（表6），這可能與這兩個(gè)菌株均為植物內(nèi)生菌有關(guān)。有研究發(fā)現(xiàn)，外源接種蜈蚣草內(nèi)生菌S16后，根際微生物的群落多樣性未發(fā)生顯著變化，而接種根際土壤細(xì)菌R19后，根際微生物的群落多樣性顯著提高[34]。這些結(jié)果說明，與來自土壤的根際細(xì)菌相比，來自植物內(nèi)部的內(nèi)生菌不僅能與植物形成良好的共生關(guān)系，而且對(duì)根際土壤本身的群落結(jié)構(gòu)擾動(dòng)較小。

LEfSe 分析結(jié)果顯示，SaPA1 或SaPS1 可以提高特定變形菌門和放線菌門細(xì)菌豐度。以屬水平為例，接種SaPA1后，放線菌門中的類諾卡氏菌及變形菌門中的腸桿菌和溶桿菌的豐度增加。已有報(bào)道指出這些菌屬在與植物互作的過程中發(fā)揮了積極作用，類諾卡氏菌可分解多種有機(jī)物[35-36]，腸桿菌能夠促進(jìn)植物生長并提高Zn 含量[37]，溶桿菌具備產(chǎn)生多種次生代謝物質(zhì)的能力[38]。接種SaPS1 的根際微生物群落中也出現(xiàn)了有益細(xì)菌增多的現(xiàn)象，如與氮循環(huán)相關(guān)的硝化螺菌[39]。這些結(jié)果說明，內(nèi)生菌可以在一定程度上增加特定有益菌群豐度，從而改善根際環(huán)境，促進(jìn)植物對(duì)Zn的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)。

4 結(jié)論

（1）在Zn 含量較充足的水稻土中，所用10 種東南景天內(nèi)生細(xì)菌中有8種顯著提高了小麥幼苗的生物量，有9 種顯著促進(jìn)了Zn 在地上部的積累，其中SaPS1使地上部干質(zhì)量增長158.48%，同時(shí)Zn含量提高66.30%，為該土壤最優(yōu)Zn營養(yǎng)強(qiáng)化菌劑。

（2）在Zn含量相對(duì)較低的潮土中，所用10種內(nèi)生細(xì)菌中有4種顯著提高了幼苗的生物量，同時(shí)有2種顯著促進(jìn)了Zn在根系的積累，其中SaBR2使根系Zn含量提高了73.02%，為該土壤最優(yōu)Zn營養(yǎng)調(diào)控菌劑。

（3）實(shí)時(shí)熒光定量分析和根際微生物群落16SrDNA測序發(fā)現(xiàn)，特異內(nèi)生菌可能通過調(diào)控小麥Zn吸收轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)TaZIPs 表達(dá)水平和根際土壤中特定有益菌群豐度，從而促進(jìn)小麥Zn的吸收轉(zhuǎn)運(yùn)。