JAFC|河南农大园艺设施结构与环境研究团队在耐干旱植物促生菌的筛选及其提高黄瓜抗旱性方面取得新进展

       近日，河南农业大学园艺设施结构与环境研究团队的研究成果“Plant growth-promoting rhizobacteria Paenibacillus polymyxa HL14-3 inoculation enhances drought tolerance in cucumber by triggering abscisic acid-mediated stomatal closure”在国际农林学科领域著名期刊Journal of Agricultural and Food Chemistry（中科院1区Top，IF=5.7）在线发表。该研究筛选到一株能够有效提高黄瓜抗旱性且在干旱胁迫下能够稳定定殖的植物根际促生菌多粘类芽孢杆菌（Paenibacillus polymyxa）HL14-3，揭示了HL14-3菌株通过激活脱落酸（ABA）诱导的气孔关闭增强黄瓜抗旱性的作用机制。研究结果不仅加深了我们对PGPR调控作物抗旱性方面的认识，而且为开发耐旱微生物菌剂进而促进干旱地区的农作物生产提供了理论基础。        目前，水资源短缺现象日趋严重，干旱已成为世界范围内限制作物产量的最主要因素。干旱胁迫通过影响植物的形态、生理和生化反应，如导致植物生长减缓、光合速率降低、根系构型改变等，严重阻碍植物的生长。黄瓜（Cucumis sativus L.）作为一种重要的蔬菜作物，其叶片面积大、根系浅，对干旱敏感。干旱胁迫会导致黄瓜产量严重降低,造成巨大的经济损失。植物根际促生菌（Plant Growth Promoting Rhizobacteria, PGPR）是一类能在植物根际定殖，并且促进生长发育以及增强植物对逆境胁迫抵抗能力的有益微生物。然而，耐旱PGPR的数量有限，且其调控作物抗旱性的作用机制尚不清晰。因此，探索新的耐干旱 PGPR 并揭示其提高黄瓜抗旱性的作用机制非常重要。
       课题组首先利用前期报道过的PGPR菌株，如Serratia plymuthica A21-4（Guo et al. 2024, Plant Physiol. Biochem.）、Pseudomonas chlororaphis HG28-5（Dong et al. 2024, Microbiol. Res.）和Serratia plymuthica HK9-3（Wang et al. 2024, Physiol. Plant.）， 和一些新分离鉴定的Paenibacillus polymyxa HK48-5、 Pseudomonas chlororaphis HL5-4、 Paenibacillus polymyxa HL14-3、 Paenibacillus polymyxa HP8-1、 Paenibacillus polymyxa HP10-10 和 Paenibacillus polymyxa HQ1-2，共9个菌株，通过检测正常和干旱胁迫条件下接种不同菌株的黄瓜植株生长表型、叶片相对电导率（REC）及光系统Ⅱ最大光化学效率（Fv/Fm），发现多粘类芽孢杆菌HL14-3表现出高耐旱潜力，表现为与对照和其他促生菌接种处理相比，HL14-3处理的植株萎蔫程度最低，REC值最小、Fv/Fm值最大。接种HL14-3可以提高干旱胁迫下黄瓜幼苗的存活率，HL14-3在聚乙二醇（PEG）模拟的干旱胁迫下能稳定生长，并且在正常和干旱条件下均能在黄瓜根部有效定殖。进一步研究表明，HL14-3菌株可以显著缓解干旱胁迫导致的生长抑制和氧化损伤，提高根系活力，改善根系构型。此外，接种 HL14-3促进黄瓜叶片气孔关闭，减少了水分损失，增加了相对含水量。重要的是，HL14-3菌株可以显著提高干旱胁迫下黄瓜叶片和根部ABA含量、促进黄瓜根系ABA合成基因NCED1、NCED2、ABA1、ABA2和AAO3及信号基因ABI5的表达，降低ABA分解代谢基因CYP707A1和CYP707A2的表达。然而，利用ABA合成抑制剂氟啶酮（Fluridone）对黄瓜进行灌根预处理之后再接种促生菌，发现HL14-3诱导的黄瓜抗干旱性作用消失。文章最终揭示了接种多粘类芽孢杆菌 HL14-3 通过激活 ABA 诱导的气孔关闭提高黄瓜抗旱性的作用机制。        河南农业大学园艺设施结构与环境研究团队博士生秦艳萍、硕士生王晓杰和董韩教授为共同第一作者，植物保护学院申顺善教授和园艺学院国志信副教授为共同通讯作者，课题组朴凤植教授、董晓星副教授、张涛副教授和杜南山副教授，硕士生叶婷也参与了该研究工作。研究得到河南省优秀青年科学基金项目(232300421032)和河南省重大科技专项（241100110200）等的资助。
       文章链接：https://pubs.acs.org/doi/epdf/10.1021/acs.jafc.4c09421