土壤微生物介導(dǎo)植物抗鹽性機(jī)理的研究進(jìn)展

孔亞麗，朱春權(quán)，曹小闖，朱練峰，金千瑜，洪小智，張均華?

1中國(guó)水稻研究所/水稻生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，杭州 310006；2蚌埠市億豐生物有機(jī)肥有限公司，安徽蚌埠 233000

我國(guó)鹽漬土總面積約3 600萬(wàn)hm2，占全國(guó)可利用土地面積的 4.88%[1]。由于灌溉不當(dāng)、水質(zhì)差以及化肥過(guò)量使用，導(dǎo)致肥沃的土壤逐漸鹽漬化[2]，進(jìn)而使每年可用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的耕地面積減少1%—2%，導(dǎo)致土地生產(chǎn)能力下降了 7%—8%[3]。長(zhǎng)期以來(lái)，如何提高農(nóng)作物抗鹽性，增加鹽漬區(qū)農(nóng)作物產(chǎn)量一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)。通過(guò)對(duì)植物耐鹽的生理和分子機(jī)制的研究，培育抗鹽作物品種已經(jīng)成為保障鹽漬區(qū)產(chǎn)量的基本手段[4]。此外，在過(guò)去的幾十年里，人們從生態(tài)學(xué)的角度對(duì)植物的非生物脅迫耐受性進(jìn)行了研究，越來(lái)越多的人認(rèn)識(shí)到植物的適應(yīng)性不僅與植物的基因組有關(guān)，而且可能與環(huán)境中的多種生物因素錯(cuò)綜復(fù)雜地聯(lián)系在一起。植物根系與土壤微生物之間相互作用所形成獨(dú)特微域，其中定殖的細(xì)菌、真菌等微生物通過(guò)協(xié)作和競(jìng)爭(zhēng)形成穩(wěn)定的群落結(jié)構(gòu)，對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育、抗病、抗逆至關(guān)重要[5]。例如根際促生菌、共生固氮菌和菌根真菌在根系的定殖能夠直接增強(qiáng)植物從土壤中獲得養(yǎng)分的能力[6]，具有促進(jìn)植物養(yǎng)分吸收以及調(diào)控其生長(zhǎng)的功能；同時(shí)，微生物還可以分泌植物激素，調(diào)節(jié)主根細(xì)胞分裂和分化，影響根系發(fā)育，進(jìn)而調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)[7]；此外，微生物釋放促生物質(zhì)或者刺激免疫系統(tǒng)，誘導(dǎo)植株系統(tǒng)抗性[5]，保障植物健康生長(zhǎng)。近年來(lái)，有關(guān)通過(guò)改善土壤微生物生態(tài)來(lái)促進(jìn)植物生長(zhǎng)、增加植物抗逆性等方面的研究正日益成為人們的研究熱點(diǎn)。本文重點(diǎn)綜述了微生物參與植物抗鹽的機(jī)理，以期為鹽漬土的綜合開發(fā)利用以及生物治理促進(jìn)鹽漬化農(nóng)田的可持續(xù)利用提供理論支持。

1 參與植物養(yǎng)分吸收

鹽漬化引起的土壤養(yǎng)分缺乏是導(dǎo)致鹽漬區(qū)作物產(chǎn)量下降的一個(gè)主要原因。植株氮（N）、磷（P）和鉀（K）的積累總量隨土壤鹽度增加顯著降低[8]，而微生物誘導(dǎo)的營(yíng)養(yǎng)礦化和根際 pH變化（如分泌有機(jī)酸）可以增加植物的養(yǎng)分供應(yīng)。研究表明，一些植物根際促生細(xì)菌（plant growth promoting rhizobacteria，PGPR）以及叢枝菌根真菌（arbuscular mycorrhizal fungi，AMF）可以增強(qiáng)植物對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素的吸收，例如N、P、K，鐵（Fe）等[9]。

1.1 促進(jìn)土壤氮素轉(zhuǎn)化和植物對(duì)氮素的吸收

土壤鹽分過(guò)高引起的滲透脅迫對(duì)土壤微生物產(chǎn)生毒害效應(yīng)，間接影響土壤氮素轉(zhuǎn)化及氮素向植物體內(nèi)的遷移，因此鹽漬區(qū)作物生產(chǎn)力受到土壤氮素有效性的限制。例如，鹽分含量的上升會(huì)導(dǎo)致植物全氮、葉綠素含量明顯下降，顯著抑制小麥的生長(zhǎng)[10]。Meta分析表明，接種PGPR或AMF均可以促進(jìn)植物對(duì)N的吸收[11-12]，例如，促生菌Bacillusaquimaris的接種提高了鹽脅迫下小麥葉片 N含量[13]，而內(nèi)生菌根真菌Glomusmosseae-2也顯著提高了番茄地上部及根系N含量[14]。有研究表明，菌根接種促進(jìn)鹽脅迫下植物根系對(duì)N的吸收可能是菌根真菌促進(jìn)植物耐鹽的主要機(jī)制[15]。此外，向水稻根際接種Azospirillum brasilense與Pseudomonasfluorescens后，促進(jìn)了鹽脅迫下土壤氮素的礦化及生物固氮酶活性的顯著增加，進(jìn)而加速了氮素轉(zhuǎn)化，提高根際土壤的供氮能力，增加了水稻生物量[16]。因此，鹽脅迫下，微生物不僅可以加速氮素轉(zhuǎn)化，同時(shí)也可以促進(jìn)植物根系對(duì)氮素的吸收。

1.2 促進(jìn)土壤磷素的轉(zhuǎn)化和植物對(duì)磷素的吸收

在鹽堿土中大量磷元素被固定，導(dǎo)致土壤成為巨大的潛在磷庫(kù)，但有效磷含量卻很低，致使作物磷利用率下降，表現(xiàn)出“遺傳學(xué)缺磷”癥狀[17]。有研究表明，在鹽堿條件下菌根接種植物生長(zhǎng)的改善主要與菌根介導(dǎo)的宿主植物磷營(yíng)養(yǎng)的增強(qiáng)有關(guān)[11]。在鹽堿地中施入生物菌肥可以增加土壤中有效磷的含量[18]，且鹽脅迫的低磷（25 mg·kg-1）環(huán)境中接種AMF對(duì)玉米生長(zhǎng)和磷素吸收均有顯著促進(jìn)作用[19]。此外，溶磷菌（phosphate-solubilizing bacteria，PSB）分泌的低分子量有機(jī)酸，通過(guò)螯合、離子交換和酸化等機(jī)制將植物難以吸收利用的磷轉(zhuǎn)化為可吸收利用的形態(tài)，進(jìn)而提高植物組織中磷含量，改善植物長(zhǎng)勢(shì)并減輕鹽脅迫損傷。例如鹽單胞菌Y2R2作為耐鹽堿的溶磷菌，可以在鹽堿條件下將難溶性無(wú)機(jī)磷化物轉(zhuǎn)變?yōu)橹参锟晌绽玫目扇苄杂行Я祝M(jìn)而提高磷利用率[20]。因此，在鹽脅迫環(huán)境中，一些細(xì)菌和真菌類群的應(yīng)用可促進(jìn)磷的可利用性，增加植物對(duì)磷素吸收，緩解“遺傳學(xué)缺磷”癥狀。

1.3 產(chǎn)生鐵載體促進(jìn)植物對(duì)鐵的吸收

鐵元素是植物生長(zhǎng)的必需元素，但土壤中鐵元素主要以氧化鐵形式存在，且這種形態(tài)在鹽堿土壤條件下難溶于水，使其可利用的Fe3+濃度降低。鹽脅迫下，水培試驗(yàn)中高濃度鐵（80 μmol·L-1）處理表現(xiàn)出較高的根系活力和地上部生物量，同時(shí)提高了葉片的葉綠素含量、光化學(xué)效率和光合能力，促進(jìn)了植株生長(zhǎng)發(fā)育[21]，表明植物的耐鹽性可能與鐵吸收相關(guān)。存在鐵限制鹽堿土壤中，為同時(shí)滿足微生物和植物生長(zhǎng)所需鐵元素，一些微生物分泌對(duì)Fe3+具有高度親和能力的鐵載體，在滿足自身鐵需求的同時(shí)，植物也可以利用微生物分泌的鐵載體攝取Fe3+，例如，番茄、黃瓜、大麥和燕麥可利用一種由根霉產(chǎn)生的真菌鐵載體攝取Fe3+，擬南芥也可利用假單胞菌鐵載體螯合 Fe3+，進(jìn)而促進(jìn)其生長(zhǎng)[22]。此外，多數(shù)鹽堿土壤植物促生菌，如NesterenkoniarhizosphaeraeWP-8[23]，EnterobacterFYP 1101[24]等均具有產(chǎn)鐵載體的能力，因此微生物分泌鐵載體的特性可能是其促進(jìn)鹽脅迫下作物生長(zhǎng)的重要因素。

2 參與調(diào)節(jié)植物體內(nèi)滲透平衡

處于鹽脅迫條件下的植物，由于土壤環(huán)境的低滲透勢(shì)容易造成植物細(xì)胞水分損失，只有降低細(xì)胞內(nèi)的水勢(shì)才能不斷地從環(huán)境中吸收水分，進(jìn)而維持細(xì)胞正常的生理代謝。植物細(xì)胞主要通過(guò)2種方式來(lái)調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)的滲透平衡，一是從外界吸收無(wú)機(jī)離子，二是在細(xì)胞內(nèi)合成有機(jī)溶質(zhì)[25]，通過(guò)積累溶質(zhì)來(lái)提高細(xì)胞溶質(zhì)濃度以降低滲透勢(shì)。

2.1 無(wú)機(jī)離子調(diào)節(jié)

Na+作為一種有毒的單價(jià)陽(yáng)離子會(huì)引起植物細(xì)胞損傷，K+作為一種主要的無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)物和滲透調(diào)節(jié)劑，對(duì)植物細(xì)胞至關(guān)重要。Na+和K+具有相似的物理化學(xué)結(jié)構(gòu)，Na+可以在共生體的轉(zhuǎn)運(yùn)位點(diǎn)和細(xì)胞質(zhì)的 K+結(jié)合位點(diǎn)與K+競(jìng)爭(zhēng)[26]。鹽脅迫常引起植物組織中K+的減少，Na+的累積，進(jìn)而導(dǎo)致K+/Na+失衡。因此，在鹽脅迫下控制 Na+穩(wěn)態(tài)對(duì)維持植物正常生長(zhǎng)至關(guān)重要。研究表明鹽脅迫下，植物接種AMF后K+的吸收顯著增加（59.6%），而對(duì) Na+的吸收顯著減少（-16.5%）[9]。許多 PGPR也均被證明可以提高植物對(duì)K+的吸收以及對(duì)Na+的排斥，從而提高K+/Na+的比值[27]。高親和鉀轉(zhuǎn)運(yùn)體（high-affinity K transporter，HKT）具有Na+轉(zhuǎn)運(yùn)功能，在調(diào)控鹽脅迫下植物對(duì)Na+的吸收具有重要作用。例如，反義HKT1轉(zhuǎn)化的小麥根部HKT1表達(dá)量的減少使22Na+內(nèi)流至根系受到抑制[28]，而擬南芥在木質(zhì)部、薄壁組織中表達(dá)的HKT1基因則可以促進(jìn)葉片中Na+的排除[29]。因此，HKT在維持植物體內(nèi)K+/Na+比例的動(dòng)態(tài)平衡、提高植物的耐鹽性中具有重要作用。一些植物促生菌也可以通過(guò)調(diào)節(jié)HKT1的表達(dá)來(lái)限制植物對(duì)鹽的吸收，例如，B.subtilisGB03能夠調(diào)控?cái)M南芥根中HKT1的表達(dá)下調(diào)，同時(shí)誘導(dǎo)地上部HKT1的表達(dá)上調(diào)，因此不僅限制了Na+從根部的流入，同時(shí)還促進(jìn)了 Na+從地上部到根部的循環(huán)[30]。此外，細(xì)菌還可以促進(jìn)植株體內(nèi) Na+從根系排出，調(diào)節(jié)植物體內(nèi)Na+平衡，例如SQR9通過(guò)上調(diào)玉米NHX1（Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運(yùn)）和H+-PPase（H+轉(zhuǎn)運(yùn)無(wú)機(jī)焦磷酸酶）基因的表達(dá)，將Na+在液泡內(nèi)區(qū)隔化，同時(shí)通過(guò)上調(diào)地上部HKT1的表達(dá)，促進(jìn)Na+從地上部循環(huán)到根部，進(jìn)而促進(jìn)玉米從根系排出 Na+，減輕毒害[31]。同時(shí)，細(xì)菌分泌的胞外多糖（Exopolysaccharide，EPS）可以與陽(yáng)離子結(jié)合，促進(jìn)根表面生物膜的形成，從而限制 Na+流入根部。用產(chǎn)胞外多糖的一些細(xì)菌，如Aeromonashydrophila/caviaeMAS-765、Bacillus insolitusMAS17、Bacillussp.MAS620 和 MAS820接種小麥幼苗后，可以限制小麥對(duì) Na+的吸收，并促進(jìn)鹽脅迫下植株生長(zhǎng)[32]。這種微生物對(duì)植物不同部位產(chǎn)生的多重功能表明微生物在介導(dǎo)植物體內(nèi) Na+穩(wěn)態(tài)具有重要作用。

2.2 有機(jī)溶質(zhì)調(diào)節(jié)

滲透物質(zhì)是一種低分子量的有機(jī)化合物，特別是在缺水的條件下用于維持細(xì)胞的膨壓和體積。促進(jìn)植物體內(nèi)脯氨酸、甜菜堿、多胺、甘油醇、山梨醇和肌醇以及一些可溶性糖等滲透物質(zhì)的累積是維持植物細(xì)胞膨壓和穩(wěn)定細(xì)胞質(zhì)中酶分子的活性結(jié)構(gòu)、增強(qiáng)植物耐鹽性的途徑之一。脯氨酸（proline，Pro）和甘氨酸甜菜堿（glycine betaine，GB）是植物中2種主要的抵抗鹽脅迫的有機(jī)滲透物，這2種化合物的積累對(duì)酶活性和膜完整性具有積極作用[33]。微生物自身具有產(chǎn)生脯氨酸的能力，將來(lái)自Bacillussubtilis的proBA基因?qū)霐M南芥植株后，不僅誘導(dǎo)了植株體內(nèi)游離脯氨酸的累積，而且還增加了植株對(duì)滲透脅迫的耐受性[34]。此外，菌株本身滲透物質(zhì)的積累促進(jìn)了其對(duì)土壤鹽堿環(huán)境的適應(yīng)能力，進(jìn)而在鹽脅迫下發(fā)揮功能、改善根際環(huán)境，促進(jìn)植物對(duì)養(yǎng)分的吸收，增強(qiáng)滲透物質(zhì)的合成，促進(jìn)植物生長(zhǎng)。例如，將產(chǎn)Pro和GB的細(xì)菌StaphylococcushaemolyticusST-9和Bacillus subtilisRH-4分別接種至鷹嘴豆后，鷹嘴豆內(nèi)GB含量分別提高了 138%和 54%，Pro含量分別提高了135%和 112%，同時(shí)提高了葉綠素含量，促進(jìn)了鹽脅迫下鷹嘴豆的生長(zhǎng)[35]。另外，一些微生物的接種則通過(guò)誘導(dǎo)植物系統(tǒng)抗性促進(jìn)滲透物質(zhì)積累，進(jìn)而幫助植物克服鹽堿化后的初始滲透脅迫。據(jù)報(bào)道，在滲透脅迫環(huán)境下，Arthrobactersp.和Bacillussp.促進(jìn)了辣椒Pro的積累[36]，接種AMF顯著增高了小麥體內(nèi)Pro含量[37]，而Pseudomonaspseudoalcaligenes的接種則誘導(dǎo)了水稻體內(nèi)甜菜堿的積累[38]。此外，可溶性糖也是滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的關(guān)鍵組分，增加可溶性糖含量可降低細(xì)胞的滲透勢(shì)，維持植物的正常生理功能[39]，在鹽堿脅迫條件下，AMF可提高植物體內(nèi)可溶性糖含量，進(jìn)而使植株耐鹽性提高[40]。因此，在鹽脅迫環(huán)境下，微生物通過(guò)產(chǎn)生滲透物質(zhì)或者調(diào)控植物體內(nèi)滲透物質(zhì)調(diào)節(jié)相關(guān)基因的表達(dá)[41]、誘導(dǎo)滲透物質(zhì)的累積，進(jìn)而緩解滲透脅迫，促進(jìn)植物對(duì)高鹽濃度的適應(yīng)性反應(yīng)。

2.3 水分吸收調(diào)節(jié)

為了適應(yīng)鹽度，植物必須降低其細(xì)胞水勢(shì)以繼續(xù)從鹽化環(huán)境中吸收水分。植物根系吸收水分的能力取決于根系的水流導(dǎo)度，而水通道蛋白（aquaporin，AQP）在調(diào)節(jié)根、莖、葉的水流導(dǎo)度的動(dòng)態(tài)變化中發(fā)揮重要作用，特別是在環(huán)境條件發(fā)生變化時(shí)，AQP的表達(dá)可以調(diào)節(jié)植物水分利用效率。基因表達(dá)分析顯示水通道蛋白基因家族，尤其是質(zhì)膜膜內(nèi)蛋白（PIP）基因受鹽脅迫影響較大，例如鹽脅迫處理顯著降低了大麥PIP2;1轉(zhuǎn)錄本水平，進(jìn)而導(dǎo)致生物量和株高降低[42]。根際促生菌Azospirillumbrasilense[42]、Pantoea agglomerans[43]以及Bacillusmegaterium[44]通過(guò)調(diào)控PIP2型質(zhì)膜水通道蛋白的上調(diào)表達(dá)，增加根系水流導(dǎo)度，促進(jìn)鹽脅迫條件下植物的生長(zhǎng)。另外，在鹽脅迫下，叢枝菌根植物比非菌根植物能從土壤中吸收更多的水分，不僅與AMF的外菌絲將水分和礦物質(zhì)從土壤轉(zhuǎn)移到根中有關(guān)，還與根系的水流導(dǎo)度提高有關(guān)[45]。例如AMF能調(diào)控鹽脅迫下LeAQP2基因表達(dá)上調(diào)，促進(jìn)番茄植株的生長(zhǎng)和對(duì)水分的吸收，顯著提高葉片相對(duì)含水量、葉片水勢(shì)[46]。真菌共生關(guān)系調(diào)控根的水流特性還與PIP2基因的上調(diào)表達(dá)以及蛋白量和磷酸化狀態(tài)的調(diào)控密切相關(guān)[47]。因此，微生物對(duì)水通道蛋白表達(dá)和豐度調(diào)控是提高鹽脅迫下根系的水流導(dǎo)度，進(jìn)而促進(jìn)水分吸收、調(diào)節(jié)植株水勢(shì)，降低脅迫損傷的主要原因之一。

3 調(diào)控抗氧化防御系統(tǒng)清除活性氧

植物在鹽脅迫下體內(nèi)會(huì)大量積累活性氧，若不能及時(shí)得到清除就會(huì)造成活性氧產(chǎn)生與清除之間的動(dòng)態(tài)平衡失調(diào)，進(jìn)而導(dǎo)致膜脂的過(guò)氧化和脫脂作用，使膜蛋白和膜脂損傷，最終使膜結(jié)構(gòu)遭到破壞引起逆境損傷[25]。提高植物體內(nèi)抗氧化酶類活性及增強(qiáng)抗氧化代謝水平是增強(qiáng)植物耐鹽性的途徑之一。根際微生物可以通過(guò)上調(diào)植物體內(nèi)的一些抗氧化酶的活性來(lái)激活抗氧化防御機(jī)制，防止過(guò)量活性氧導(dǎo)致的膜質(zhì)損傷。例如，在150 mmol·L-1NaCl脅迫下，小麥種子接種Nesterenkoniarhizosphaeraewp-8后幼苗根部超氧化物歧化酶（SOD）、過(guò)氧化物酶（POD）、過(guò)氧化氫酶（CAT）活性及葉片Pro含量顯著增加，分別較對(duì)照增加 160.63%、30.41%、44.93%和 10.04%，而丙二醛的含量顯著降低，表明菌株wp-8可通過(guò)調(diào)控抗氧化系統(tǒng)緩解小麥鹽脅迫并促進(jìn)幼苗生長(zhǎng)和根系的發(fā)育[23]。此外，真菌Trichoderma定殖擬南芥后誘導(dǎo)植株體內(nèi)單脫氫抗壞血酸還原酶（APX）和谷胱甘肽還原酶（GR）基因的上調(diào)表達(dá)激活植物抗氧化機(jī)制，增強(qiáng)植株耐鹽脅迫能力[48]。根際促生菌的接種還可以增加細(xì)胞膜穩(wěn)定指數(shù)、降低細(xì)胞半胱天冬酶類蛋白酶活性、程序性細(xì)胞死亡等途徑緩解活性氧的毒性，從而提高植物細(xì)胞活力和耐鹽能力[49-50]。此外，微生物也可以促進(jìn)植物體內(nèi)半胱氨酸、谷胱甘肽和抗壞血酸等非酶組分的累積以清除過(guò)量的活性氧。例如，內(nèi)生真菌的定殖顯著提高了大麥根內(nèi)抗壞血酸的含量及鹽脅迫條件下根系抗氧化酶的活性，進(jìn)而提高耐鹽性[51]。內(nèi)生菌根的接種激活谷胱甘肽-抗壞血酸循環(huán)，提高植物的抗氧化能力，使植株處于系統(tǒng)“防御準(zhǔn)備”狀態(tài)，進(jìn)而促進(jìn)抗鹽能力的提高[52]。但是目前研究還僅局限于這種微生物調(diào)節(jié)植物抗氧化酶系統(tǒng)的現(xiàn)象，還沒(méi)有足夠的確鑿證據(jù)來(lái)證明某種特定的抗氧化酶和植物耐鹽性之間的因果關(guān)系。

4 調(diào)控植物內(nèi)源激素水平

植物激素在植物的生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中起著重要的調(diào)控作用，參與了植物對(duì)鹽漬生境的適應(yīng)性調(diào)節(jié)過(guò)程。

4.1 生長(zhǎng)素

生長(zhǎng)素，3-吲哚乙酸（indole-3-acetic acid，IAA），是一種重要的植物生長(zhǎng)激素，可由多種微生物合成。色氨酸作為植物根系的一種分泌物，是IAA合成的重要前體物質(zhì)，相關(guān)細(xì)菌利用植物根系分泌的色氨酸及其他小分子物質(zhì)合成并分泌IAA，然后被植物吸收，進(jìn)而促進(jìn)植物細(xì)胞的增殖和伸長(zhǎng)。從灘涂植物根際土壤分離篩選出 2株能夠增強(qiáng)玉米和小麥耐鹽脅迫能力的根際促生菌Bacillussp.T1-8和T4-9也被證明具有產(chǎn)IAA的能力，其中菌株T4-9發(fā)酵液中IAA含量可達(dá)到60.82 mg·L-1[53]。幾種產(chǎn)IAA的耐鹽菌株，如SerratiaplymuthicaRR-2-5-10，Stenotrophomonas rhizophilae-p10，P.fluorescensSPB2145，P.extremorientalisTSAU20和P.fluorescensPCL1751可顯著增加黃瓜的生物量（高至62%）和產(chǎn)量（9%—32%）[54]。微生物分泌IAA可以誘導(dǎo)根系大小、分枝數(shù)和表面積的改變，并幫助植物從土壤中吸收更多的營(yíng)養(yǎng)，從而促進(jìn)植物的生長(zhǎng)和發(fā)育。Pseudomonassp.產(chǎn)生的IAA使根系增大，促進(jìn)了鹽堿化土壤中山羊豆的根系的結(jié)瘤、生長(zhǎng)以及對(duì)養(yǎng)分的吸收[55]。HASHEM 等[56]報(bào)道了鹽脅迫下，將產(chǎn)生IAA的Bacillussubtilis單獨(dú)或與AMF結(jié)合接種，可以促進(jìn)Acaciagerrardii根和莖的生長(zhǎng)以及對(duì)養(yǎng)分吸收。此外，微生物IAA的分泌還可以誘導(dǎo)植株對(duì)滲透平衡調(diào)節(jié)及抗氧化功能調(diào)控，共同影響植物的耐鹽性。例如，IAA過(guò)表達(dá)的菌株Sinorhizobium meliloti接種的苜蓿，不僅提高了苜蓿根瘤和根系中IAA的含量，還提高了鹽堿土壤中苜蓿體內(nèi)Pro的含量和抗氧化酶活性，同時(shí)維持了過(guò)氧化氫水平，促進(jìn)了苜蓿的生長(zhǎng)[57]。此外，BacillusamyloliquefaciensFZB42誘導(dǎo)擬南芥植物體內(nèi)與IAA合成相關(guān)的基因表達(dá)量上調(diào)，以降低對(duì)鹽的敏感性，并促進(jìn)對(duì)鹽漬環(huán)境的適應(yīng)[58]。因此，微生物既可以通過(guò)產(chǎn)生生長(zhǎng)素促進(jìn)植物生長(zhǎng)，也可以通過(guò)調(diào)控植物體內(nèi)生長(zhǎng)素水平，并誘導(dǎo)植株體內(nèi)一系列的脅迫響應(yīng)提高耐鹽性[59]。

4.2 脫落酸

脫落酸（abscisic acid, ABA）是一種逆境激素，在植物對(duì)逆境條件的適應(yīng)過(guò)程中起著重要的調(diào)控作用。在植物抗鹽性的生理研究中發(fā)現(xiàn)鹽脅迫處理后，耐鹽水稻品種幼苗根系和地上部植株中 ABA含量高于脅迫前水平，鹽敏感型水稻品種則先升高后恢復(fù)至脅迫前水平，因此 ABA是刺激植物產(chǎn)生對(duì)鹽脅迫適應(yīng)性反應(yīng)的重要信號(hào)介質(zhì)[60]。參與 ABA信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)的一些基因，如TaABARE和TaOPR1在接種HalotolerantDietzianatronolimnaeaSTR1的植株中上調(diào)，進(jìn)而導(dǎo)致TaMYB和TaWRKY的誘導(dǎo)表達(dá)，然后刺激大量應(yīng)對(duì)脅迫基因的表達(dá)進(jìn)而促進(jìn)了小麥對(duì)鹽脅迫的適應(yīng)性[49]。但是，LIU 等[58]在研究Bacillus amyloliquefaciensFZB42誘導(dǎo)擬南芥耐鹽性時(shí)發(fā)現(xiàn)，接種FZB42的擬南芥植株體內(nèi)與ABA合成相關(guān)的基因表達(dá)全部下調(diào)。由此可見(jiàn)，微生物調(diào)控 ABA參與植物鹽脅迫耐受性與植株自身的抗鹽生理或自身免疫調(diào)控中作用不同。研究表明，接種BurkholderiacepaciaSE4，Promicromonosporasp.SE188和Acinetobacter calcoaceticusSE370 后顯著提高了鹽脅迫下植物的生物量，但是ABA的含量則表現(xiàn)出降低趨勢(shì)，而水楊酸（salicylic acid，SA）和細(xì)胞分裂素GA4的含量增加[61]。此外，產(chǎn)生ABA的內(nèi)生菌Bacillus amyloliquefaciensRWL-1也具有增強(qiáng)水稻植株耐鹽性的潛力，但是接種RWL-1后植株體內(nèi)ABA的含量下降，而水稻植株必需氨基酸水平則顯著上調(diào)，同時(shí)誘導(dǎo)了內(nèi)源 SA的產(chǎn)生[62]。同樣，接種Pseudomonas putidaRs-198后棉花種子內(nèi)源ABA含量則降低，其耐鹽性顯著提高主要?dú)w因于其對(duì)鹽脅迫條件下棉花幼苗離子平衡的調(diào)節(jié)和內(nèi)源IAA含量的提高[63]。因此，ABA在微生物誘導(dǎo)植物耐鹽性中可能更多地發(fā)揮介質(zhì)作用，用于誘導(dǎo)多種激素共同作用提高植物耐鹽性。

4.3 乙烯

鹽脅迫下乙烯的合成可以提高植物的耐受性或加速衰老，乙烯調(diào)節(jié)植物對(duì)脅迫的適應(yīng)性是以犧牲植物的生長(zhǎng)發(fā)育為代價(jià)。在植物抗逆性研究中，乙烯信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和啟動(dòng)是其核心[64-65]，許多的細(xì)菌和真菌中都含有與乙烯產(chǎn)生或減少相關(guān)的基因[66]。向植物根系接種含有單個(gè)突變的乙烯合成能力不同的微生物會(huì)導(dǎo)致植物抗脅迫能力的差異，且這種改變與植物基因組的遺傳變異所導(dǎo)致的表型變化一致[67]。微生物能夠通過(guò) 2種機(jī)制調(diào)節(jié)植物乙烯水平：（1）裂解乙烯合成前體1-氨基環(huán)丙烷-1-羧化酶（ACC）[68]；（2）抑制乙烯生物合成途徑中的酶（ACC合成酶和/或 b-半胱氨酸酶）[69]。一些細(xì)菌和真菌均可以分泌 ACC脫氨酶，將乙烯的合成前體ACC轉(zhuǎn)化成氨和甲酮丁酸，進(jìn)而限制乙烯的生物合成，降低植物體內(nèi)有害乙烯的水平來(lái)緩解植物的鹽脅迫，因此這類微生物可以作為脅迫條件下植物生長(zhǎng)的有效促進(jìn)劑。植物內(nèi)源激素IAA也可以誘導(dǎo)植物ACC合成酶的轉(zhuǎn)錄，催化ACC的形成，刺激乙烯的生物合成。植物合成的ACC及其他小分子的根系分泌物從種子、根或葉中分泌[70]，被根際和葉際的相關(guān)細(xì)菌吸收，隨后被ACC脫氨酶裂解[71]。同時(shí)，具有ACC脫氨酶的微生物還可以充當(dāng)ACC的匯，裂解分泌出ACC，進(jìn)而降低內(nèi)源性或IAA誘導(dǎo)的ACC含量水平，使植物中形成的乙烯量減少，因此含有ACC脫氨酶微生物可以降低乙烯水平進(jìn)而適應(yīng)鹽脅迫。大多數(shù)ACC脫氨酶細(xì)菌來(lái)自根際，能有效保護(hù)植物免受生物和非生物脅迫，且在多種分離細(xì)菌種群中均含有 ACC脫氨酶活性或基因，如Azospirillum,Rhizobium，Agrobacterium，Achromobacter，Burkholderia,Ralstonia，Pseudomonas和Enterobacter等[72]。此外，一些真菌，如Trichoderma也會(huì)產(chǎn)生ACC脫氨酶來(lái)降低植物體內(nèi)的乙烯水平[48]。許多研究表明，產(chǎn)生 ACC脫氨酶的土壤微生物賦予植物更強(qiáng)的脅迫耐受性和促進(jìn)生長(zhǎng)的能力[73]，例如，產(chǎn) ACC脫氨酶和IAA的內(nèi)生菌Arthrobactersp.和Bacillussp.提高了甜椒Pro的含量，且在滲透脅迫下接種這2種內(nèi)生菌的植株中表現(xiàn)出脅迫誘導(dǎo)基因CaACCO（ACC氧化酶）和CaLTPI（脂質(zhì)轉(zhuǎn)移蛋白）的下調(diào)表達(dá)[36]。此外，這種特殊的植物—微生物結(jié)合反應(yīng)的另外一個(gè)產(chǎn)物氨，也可以為植物提供氮源，進(jìn)而促進(jìn)生長(zhǎng)[74]。

5 產(chǎn)生揮發(fā)性有機(jī)化合物誘導(dǎo)植物系統(tǒng)抗性

一些細(xì)菌釋放揮發(fā)性有機(jī)化合物（volatile organic compounds，VOCs）也可以引發(fā)植物潛在的一系列生理變化增強(qiáng)植物的抗逆性[75]。研究表明，將擬南芥暴露于菌株P(guān)araburkholderiaphytofirmansPsJN釋放的VOCs下能提高植株的生長(zhǎng)速度和耐鹽性，這與直接接種菌株的效果一致，該研究進(jìn)一步通過(guò)分析 VOCs的主要成分后，將擬南芥植株暴露于純品有機(jī)化合物中，同樣也可以模擬接種 PsJN菌株時(shí)產(chǎn)生的抗鹽效應(yīng)[76]，表明微生物產(chǎn)生的VOCs可以介導(dǎo)植物抗鹽性。VOCs參與植物的耐鹽性機(jī)制的研究表明，產(chǎn) VOCs的Pseudomonassimiae可使大豆幼苗營(yíng)養(yǎng)貯藏蛋白（vegetative storage protein，VSP）、γ-谷氨酰胺水解酶和RuBisCo大鏈蛋白顯著上調(diào)表達(dá)，VSP在氮素積累和轉(zhuǎn)運(yùn)、酸性磷酸酶活性和 Na+動(dòng)態(tài)平衡等方面具有優(yōu)勢(shì)作用，可在脅迫條件下維持植物生長(zhǎng)，同時(shí)較高的脯氨酸和葉綠素的累積誘導(dǎo)鹽脅迫下系統(tǒng)抗性，減輕了鹽脅迫對(duì)大豆造成的脅迫損傷[77]。此外，AlcaligenesfaecalisJBCS1294菌株釋放的己二酸和丁酸通過(guò)調(diào)控生長(zhǎng)素和赤霉素的途徑誘導(dǎo)植物耐鹽[78]，而B.subtilisGB03 釋放的VOCs則通過(guò)調(diào)控茉莉酸和水楊酸信號(hào)通路、抗氧化蛋白累積[79]以及植物 Na+穩(wěn)態(tài)[30]，調(diào)控植物抗鹽性。因此，微生物釋放的 VOCs可以通過(guò)介導(dǎo)植物多個(gè)防御機(jī)制的調(diào)控，誘導(dǎo)植物系統(tǒng)抗性增強(qiáng)對(duì)鹽的耐受性。

6 結(jié)論與展望

土壤中高鹽分具有高滲透勢(shì)和特異離子毒性的雙重作用，間接導(dǎo)致植物離子失衡、滲透脅迫、氧化脅迫以及養(yǎng)分缺乏等問(wèn)題。本文評(píng)估了土壤微生物對(duì)植物鹽脅迫反應(yīng)的有益影響，主要涉及植物激素信號(hào)及其與關(guān)鍵的生理過(guò)程相互作用機(jī)制，以促進(jìn)植物對(duì)鹽脅迫下滲透平衡和離子平衡的調(diào)節(jié)，緩解氧化損傷，進(jìn)而改善植物營(yíng)養(yǎng)狀況，揭示了微生物的接種可以提高植物耐鹽能力以及生長(zhǎng)促進(jìn)作用的機(jī)理。微生物介導(dǎo)的植物生長(zhǎng)促進(jìn)不僅依賴于單個(gè)因素，而且存在多個(gè)信號(hào)間串?dāng)_的可能性，因此在評(píng)價(jià)植物生長(zhǎng)促進(jìn)機(jī)制時(shí)，很難確定單一因素的作用。

土壤微生物數(shù)以億計(jì)，且豐富多樣，然而目前對(duì)于微生物促進(jìn)植物耐鹽性機(jī)理的認(rèn)識(shí)僅局限于單個(gè)微生物的接種。有研究結(jié)果表明，鹽漬土中栽培和野生鹽生豆科植物的根瘤微生物組在群落結(jié)構(gòu)上的差異可能與其對(duì)鹽堿脅迫的適應(yīng)性有關(guān)[80]。在植物抗病研究中，將來(lái)自抗性植物的根際微生物群落移植到感病植物的根際后，易感植物中的疾病癥狀得到了緩解，揭示了土壤微生物群在保護(hù)植物免受病原微生物的侵襲方面起重要作用[81]。但是，目前土壤微生物群落對(duì)植物耐鹽性的貢獻(xiàn)仍未得到充分研究，且本文所羅列的耐鹽機(jī)理是否存在于鹽土土著微生物群落也尚未得到證實(shí)，因此未來(lái)還需要進(jìn)一步解答土壤微生物群落介導(dǎo)的植物耐鹽機(jī)制。

根際多界相互作用的復(fù)雜性使闡明植物-微生物的相互作用機(jī)制和遺傳學(xué)原理成為一項(xiàng)挑戰(zhàn)。此外，微生物組中遺傳變異的出現(xiàn)比植物中快幾個(gè)數(shù)量級(jí)，同時(shí)微生物比植物具有更少的擴(kuò)散限制和更大的進(jìn)化不穩(wěn)定性。因此，如何采取超越“單個(gè)微生物”的新策略，從群落的角度進(jìn)行研究微生物組對(duì)植物生長(zhǎng)和健康的反饋?zhàn)饔脵C(jī)理，是解決農(nóng)業(yè)微生物利用的關(guān)鍵問(wèn)題。合成群落（synthetic community，SynCom）是由2種或多種微生物共同培養(yǎng)而形成的菌群，是對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)微生物群落的一種簡(jiǎn)化表征或模擬，具有較低的復(fù)雜性、較高的可控性、較高的再現(xiàn)性，可通過(guò)協(xié)調(diào)微生物之間的相互作用實(shí)現(xiàn)特定的功能[82]。SynCom方法是研究植物對(duì)其微生物群落形成的調(diào)控機(jī)制以及微生物組對(duì)植物生長(zhǎng)和健康的反饋?zhàn)饔脵C(jī)理的有效手段，能夠在可控的實(shí)驗(yàn)室條件下重復(fù)研究植物與相關(guān)微生物之間的相互作用。NIU等[83]通過(guò)人工合成的細(xì)菌群落，系統(tǒng)探索了細(xì)菌種間相互作用如何影響玉米根系微生物組裝配，并且證明了根系相關(guān)微生物抑制宿主病原真菌的有益作用。此外，研究表明水稻NRT1.1B基因具有調(diào)控根系微生物群落組成進(jìn)而影響水稻田間氮肥利用效率的作用，同時(shí)基于人工合成群落驗(yàn)證了根際特異富集的微生物群體在水稻生長(zhǎng)及營(yíng)養(yǎng)吸收中的作用[84]。以上研究利用合成群落解析了微生物組抑制病原菌以及調(diào)控植物營(yíng)養(yǎng)的機(jī)制，但是針對(duì)合成群落如何介導(dǎo)植物應(yīng)對(duì)鹽脅迫還鮮有報(bào)道。因此，利用 SynCom方法在群落水平上表征微生物介導(dǎo)的植物耐鹽性及其在提高植物鹽適應(yīng)性方面的潛力還有待進(jìn)一步研究。