植物益生菌可调节聚乙烯二醇诱导的干旱胁迫下Vigna radiata品种的生理生化特性

《Journal of Soil Science and Plant Nutrition》：Plant Probiotics Modulate Physio-biochemical Characteristics of Vigna Radiata Cultivars Under Polyethylene Glycol Induced Drought Stress

干旱胁迫通过破坏植物生理生化功能影响农业生产，本研究通过NAPP（固氮菌相关植物益生菌）种子预培养探究其对绿豆（Vigna radiata）抗旱性的提升效果。选用VBN4和CO8两个品种，以2%和4% NAPP处理，并在-2和-4 bar PEG渗透胁迫下，测定发芽率、活力指数、光合色素、脯氨酸、相对含水量及电解质泄漏率等指标，结合GC-MS代谢组学分析。结果表明：2% NAPP显著提高发芽率（VBN4:79%/-2 bar；CO8:92%/-2 bar）和活力指数，增强根茎长度及光合效率，CO8在-2 bar胁迫下叶绿素a/b及总叶绿素含量最高，脯氨酸、可溶性蛋白及相对含水量提升，电解质泄漏率降低。代谢组学显示NAPP处理上调渗透调节物质、抗氧化剂及脂肪酸衍生物相关通路，证实其通过代谢重编程增强植物抗旱能力。该技术为可持续农业中豆科作物抗旱改良提供新策略。

　　

摘要

干旱胁迫通过破坏植物的生理和生化功能，成为导致农业生产力下降的主要因素。本研究旨在探讨结瘤相关植物益生菌（NAPP）种子处理在提高绿豆（Vigna radiata）耐旱性方面的效果。两个绿豆品种（VBN4和CO8）分别用2%和4%的NAPP进行处理，并在-2和-4巴的压力下暴露于PEG 6000诱导的渗透胁迫中。评估了发芽率、发芽能量、根和茎的长度、幼苗活力指数、光合色素、脯氨酸含量、相对含水量、可溶性蛋白质以及电解质泄漏等参数。采用气相色谱-质谱（GC-MS）技术进行了代谢物分析。与未处理对照组相比，2% NAPP处理显著提高了VBN4（-2巴压力下为79%；-4巴压力下为68%）和CO8（-2巴压力下为92%；-4巴压力下为85%）的发芽率。2% NAPP处理后的种子发芽能量也更高（VBN4：-2巴压力下为9.8；CO8：-2巴压力下为11.2）。两种品种的幼苗生长、活力和光合色素均得到增强，特别是在-2巴压力下，CO8的叶绿素a（0.64 mg g?1）、叶绿素b（0.61 mg g?1）、总叶绿素（0.75 mg g?1）和类胡萝卜素（0.35 mg g?1）含量更高。此外，处理后的幼苗表现出更高的脯氨酸含量、可溶性蛋白质含量以及较低的电解质泄漏。GC-MS分析甲醇提取物发现，NAPP处理后的幼苗中生物活性代谢物（如渗透调节物质、抗氧化剂和脂肪酸衍生物）发生重组，这有助于提高其耐旱性。2%结瘤相关植物益生菌（NAPP）的种子处理通过促进种子发芽、增强幼苗活力、提高光合效率、增加渗透调节物质的积累以及维持膜稳定性，在聚乙二醇诱导的水分胁迫下显著提高了绿豆的耐旱能力。两个品种均表现出积极反应，其中CO8的生理稳定性相对更强。基于GC–MS的代谢组学分析表明，抗氧化剂和渗透调节物质相关通路在处理后的幼苗中得到富集，这些通路有助于提高耐旱性。这些结果突显了NAPP作为一种可持续且成本效益高的生物技术方法，在增强豆类作物对气候变化的适应能力方面的潜力。

图形摘要

干旱胁迫通过破坏植物的生理和生化功能，成为导致农业生产力下降的主要因素。本研究旨在探讨结瘤相关植物益生菌（NAPP）种子处理在提高绿豆（Vigna radiata）耐旱性方面的效果。两个绿豆品种（VBN4和CO8）分别用2%和4%的NAPP进行处理，并在-2和-4巴的压力下暴露于PEG 6000诱导的渗透胁迫中。评估了发芽率、发芽能量、根和茎的长度、幼苗活力指数、光合色素、脯氨酸含量、相对含水量、可溶性蛋白质以及电解质泄漏等参数。采用气相色谱-质谱（GC-MS）技术进行了代谢物分析。与未处理对照组相比，2% NAPP处理显著提高了VBN4（-2巴压力下为79%；-4巴压力下为68%）和CO8（-2巴压力下为92%；-4巴压力下为85%）的发芽率。2% NAPP处理后的种子发芽能量也更高（VBN4：-2巴压力下为9.8；CO8：-2巴压力下为11.2）。两种品种的幼苗生长、活力和光合色素均得到增强，特别是在-2巴压力下，CO8的叶绿素a（0.64 mg g?1）、叶绿素b（0.61 mg g?1）、总叶绿素（0.75 mg g?1）和类胡萝卜素（0.35 mg g?1）含量更高。此外，处理后的幼苗表现出更高的脯氨酸含量、可溶性蛋白质含量以及较低的电解质泄漏。GC-MS分析甲醇提取物发现，NAPP处理后的幼苗中生物活性代谢物（如渗透调节物质、抗氧化剂和脂肪酸衍生物）发生重组，这有助于提高其耐旱性。2%结瘤相关植物益生菌（NAPP）的种子处理通过促进种子发芽、增强幼苗活力、提高光合效率、增加渗透调节物质的积累以及维持膜稳定性，在聚乙二醇诱导的水分胁迫下显著提高了绿豆的耐旱能力。两个品种均表现出积极反应，其中CO8的生理稳定性相对更强。基于GC–MS的代谢组学分析表明，抗氧化剂和渗透调节物质相关通路在处理后的幼苗中得到富集，这些通路有助于提高耐旱性。这些结果突显了NAPP作为一种可持续且成本效益高的生物技术方法，在增强豆类作物对气候变化的适应能力方面的潜力。

图形摘要