一个包含东英吉利大学（UEA）科学家、由中国研究员郑彦芬博士领导的团队发现，天然存在的土壤细菌可以显著提高植物在盐渍条件下的生存能力。
该研究还揭示了这些微生物保护玉米、番茄和油菜等作物免受盐胁迫的一种此前未知的机制。这一发现最终可能帮助农民在因盐分过高而不适于常规农业生产的土地上种植粮食。
土壤盐碱化威胁全球农业
由于气候变化、灌溉方式和海平面上升，农田中的盐分积累正成为一个日益严重的问题。随着盐分在土壤中积累，它会阻碍植物生长，损害根系，并可能导致作物产量急剧下降。
来自UEA生物科学学院和诺里奇研究园Quadram研究所的Jonathan Todd教授表示：“农田中的盐分积累是一个主要且日益恶化的问题——由气候变化、灌溉和海平面上升所驱动。
“盐分抑制植物生长，损害根系，并严重影响整个收成——从而使全球粮食供应面临风险。
“我们知道植物依赖其根系周围的微生物群落（称为根际微生物组）来帮助它们应对环境压力。但这些关系究竟如何运作，以及它们在不同作物和土壤中是否一致，在很大程度上仍不清楚。
“我们发现植物似乎会在盐渍土壤条件下‘招募’有益细菌，这些细菌反过来会触发内部变化，从而增强其物理结构和韧性。
“如果科学家能够利用这一自然过程，这可能标志着气候韧性农业新时代的开始。”
根系微生物受盐胁迫植物吸引
为了更好地理解这些植物与微生物的伙伴关系，研究人员检查了生长在不同土壤类型中的多种作物的根际微生物组。
他们发现，一群被称为假单胞菌的天然细菌持续聚集在暴露于盐胁迫的植物根系周围。同样的模式出现在包括玉米、番茄和油菜在内的多种作物中，这表明这是一种广泛的生物反应，而非某种植物独有的现象。
遗传分析也解释了为什么这些细菌在咸环境中表现如此出色。
Todd教授说：“与其他微生物相比，假单胞菌携带特殊的基因，帮助它们耐受高盐水平，包括钠转运系统和其他抗逆机制。”
更强壮的根系和更高的产量
随后，该团队将筛选出的假单胞菌菌株接种到大豆植株上。在温室研究和田间试验中，这些细菌都成功在根系定殖，并在盐渍条件下显著改善了植物生长。
Todd教授表示：“我们发现，与在盐渍土壤中生长的未处理植物相比，经过微生物处理的植物表现出更强的根系系统、更好的发育状况和更高的产量。”
意想不到的植物防御机制
研究人员惊讶地发现，这些细菌并非通过降低植物组织内部的盐分水平来帮助植物。
“最令人惊讶的是弄清了细菌是如何帮助植物应对盐胁迫的。
“几十年来，人们一直认为植物是通过控制钠水平——本质上是将有害盐分阻挡在外——来在盐渍环境中生存的。但我们没有发现细菌影响钠转运或离子平衡的证据。
“细菌并没有直接帮助植物管理盐分，而是刺激植物产生更多一种称为木质素的物质。
“经过细菌处理的植物根系显示木质素含量显著增加，在盐胁迫下某些测量值上升了超过30%。”
木质素天然增强植物
木质素是一种坚硬的木质材料，构成植物细胞壁的一部分。它就像一个内置的支撑系统，加固植物组织并帮助其抵御环境压力。
研究人员确定了负责增加木质素生产的关键基因。当这些基因被人工过表达时，植物在盐渍土壤中的表现要好得多。
相比之下，无法产生木质素的植物没有从细菌中受益，这表明木质素的产生对于这种新发现的保护作用至关重要。
Todd教授说：“我们希望这一发现能为农业开辟新的可能性。
“通过利用像假单胞菌这样的天然微生物，可以开发生物制剂，帮助作物在盐渍土壤中生长，而无需大量投入化学品。
“鉴于大片农田已受盐碱化影响，且更多农田面临威胁，微生物解决方案可能成为维持作物产量和确保粮食安全的重要工具。”
这些发现发表在《科学进展》期刊上，论文题目为“Pseudomonads associated to salt-stressed plants facilitate stress adaption of soybean through enhanced lignin biosynthesis”（与盐胁迫植物相关的假单胞菌通过增强木质素生物合成促进大豆的胁迫适应）。