《South African Journal of Botany》：Exopolysaccharide producing endophytic fungus mitigates ROS and biofilters sodium to boost oil yield in Canola
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本研究发现内共生真菌Curvularia specifera AA-17通过分泌胞外多糖（EPS）缓解菜籽盐胁迫，其EPS可固定71%的过量NaCl，并调控ABA、GAs等内源激素及抗氧化系统，显著提高菜籽在盐胁迫下的存活率和生长性能。
阿妮莎·纳亚布（Aneesa Nayab）| 瓦希德·穆拉德（Waheed Murad）| 西德·阿西姆（Syed Asim）| 萨吉德·阿里（Sajid Ali）| 安瓦尔·侯赛因（Anwar Hussain）
巴基斯坦马尔丹阿卜杜勒·瓦利·汗大学（Abdul Wali Khan University Mardan）园艺校区植物学系
摘要
油菜（Brassica napus L.）是巴基斯坦乃至全球重要的食用油来源。由于全球盐分水平的上升和食物需求的增加，迫切需要寻找应对盐分胁迫造成的损失的策略。本研究旨在探索内生真菌在减轻盐（NaCl）胁迫对油菜不利影响方面的潜力。所选的内生真菌Curvularia specifera AA-17能够通过将其过量盐分（高达添加量的71%）锁定在胞外多糖中来耐受盐分胁迫，这些胞外多糖在胁迫条件下会大量释放。在盐分胁迫下，Curvularia specifera AA-17释放的胞外多糖成分发生了显著变化，其中含有七硅氧烷、1H-吲哚-2-羧酸和八硅氧烷等物质，傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析显示O–H、N–H和C = O键的伸缩振动发生了变化，表明其盐耐受性得到了增强。内生真菌与油菜的相互作用在多个层面上调节了植物的响应，如减少NaCl的吸收（60%）并改善抗氧化状态以维持ROS（活性氧）平衡。脯氨酸和可溶性糖等渗透保护物质的增加，以及内源性植物激素水平的调节，都是油菜在盐分胁迫下存活能力提升的关键因素。我们的研究结果表明，Curvularia specifera AA-17通过多方面机制帮助油菜耐受过量的NaCl。
引言
土壤盐碱化是一个全球性问题，导致全球农作物产量减少了20%以上。目前，全球约20%的可耕地受到盐分影响，预计到2050年这一比例可能上升至50%。在巴基斯坦，约有663万公顷的土地盐分含量较高（Malik等人，2021年）。这导致了农业生产力下降和粮食产量减少（Sabbahi等人，2023年）。油菜（Brassica napus L.）是一种具有中等盐耐受性的油料作物，能够在盐碱化土壤中生长（Naveed等人，2020年；Zheng和Liu，2022年）。许多盐碱化土壤位于干旱和半干旱地区，这些地区的盐分和干旱胁迫会共同限制作物产量。干旱和半干旱地区通常同时存在盐分和干旱问题，有限的降水量和高蒸发量导致根区水分短缺和盐分积累，从而加剧渗透胁迫，进一步限制了植物的水分吸收和生长（Cao等人，2023年）。因此，有效管理这类土壤对于维持油菜产量至关重要。2021/2022年度，油菜产量为7360万吨；2022/2023年度，油菜生产因盐分胁迫造成的损失估计为243万吨，占总产量的3.3%。
巴基斯坦种植的油菜总面积为51万英亩，总产量为20.6万吨种子和6.7万吨油（巴基斯坦政府，2017-2018年数据）。扩大油菜种植面积并培育更优质的品种是提高该国食用油产量的措施之一。由于油菜是巴基斯坦第二大食用油生产国，提高其产量有助于减少食用油的进口（Nassimi等人，2006年）。该国近42%的灌溉土地受到盐分影响（Haq等人，2014年）。盐分会导致油菜产量下降，并影响油的质量和产量，尤其是在B. napus中（Tantawy等人，2009年）。高盐浓度会导致植物内钠离子（Na+）和钾离子（K+）的失衡（Ghuge等人，2011年），这种失衡使植物将能量用于应对盐胁迫，而非生长发育（Tarinejad等人，2013年）。耐盐油菜品种的培育是减少盐分影响的关键策略之一（Wani等人，2013年）。此外，还采用化学和生物方法进行土壤改良以克服盐胁迫的影响。能够固氮、溶解磷、释放植物激素、产生ACC脱氨酶和胞外多糖的微生物为农业应用提供了诸多优势（Ali和Khan，2021年）。
内生真菌是一类应用于农业的新兴微生物，它们生活在宿主植物的活组织中，由于其无症状的特性而不会被察觉。内生真菌与宿主植物的共生对双方都有益处：宿主植物提供必要的营养、庇护和物理保护，而内生真菌则分泌促进生长和增强胁迫耐受性的代谢物。它们通过分泌适应胁迫的代谢物来提高植物对生物和非生物胁迫的抵抗力，并帮助宿主吸收养分（Morales-Vargas等人，2024年）。
胞外多糖（EPS）是由内生真菌释放的大分子物质，主要由多种碳水化合物组成，如l-岩藻糖、d-葡萄糖、d-甘露糖、d-半乳糖、l-鼠李糖以及d-半乳糖醛酸和d-葡萄糖醛酸等 uronic 酸。此外，还含有羧基、磷酸基、硫酸基和丙酮酸基等非碳水化合物成分。这些功能基团使EPS具有负电荷，从而具有亲脂性，并能与金属离子和其他多糖形成复合物。根据糖单元的不同，EPS可以是杂聚物或均聚物。EPS的优点包括稳定性、粘度、抗氧化活性、离子螯合能力和抗病原体活性（Abdalla等人，2021年）。真菌胞外多糖是一类具有多种生物活性的化合物，包括抗氧化和抗菌作用（Stoica等人，2023年）。Curvularia brachyspora产生的胞外多糖经傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析显示，在特征波数处有高吸收（Menolli等人，2023年）。例如，P. alhagi NX-11产生的EPS可以通过提高K+/Na+比例、增加脯氨酸含量、增强SOD、POD和CAT酶活性以及降低MDA含量来缓解水稻幼苗的盐胁迫（Sun等人，2020年）。
有报道称，本研究中使用的Curvularia spicifera真菌是某些作物的病原体，可引起叶枯病、茎锈病和柑橘根腐病（Manamgoda等人，2012年）。某些菌株还与人类过敏反应（如哮喘）有关（Denning等人，2014年），但也有菌株被鉴定为内生真菌，能够缓解宿主植物的多种生物和非生物胁迫（Mehta等人，2022年；Sabzehzari等人，2025年）。最新研究证实，Curvularia属真菌能产生具有生物技术和免疫调节特性的胞外多糖（EPS）。Curvularia brachyspora产生的EPS含量高达75.05%，许多内生真菌（包括Curvularia brachyspora）在培养条件下能产生胞外多糖，有助于提高植物的胁迫耐受性并增强植物与微生物的相互作用（Menolli等人，2023年）。Menolli等人（2023年）还指出，培养时间对C. brachyspora的EPS产量有显著影响。这些发现表明Curvularia属真菌是工业和医学应用中具有潜力的EPS生产菌。然而，C. spicifera的盐胁迫适应性尚未得到评估，其产生EPS的能力可能是其盐分和干旱胁迫适应性的关键因素。研究人员正在深入研究真菌EPS的产生机制、化学结构和生物活性，以开发新的药物（Menolli等人，2023年）。
本研究探讨了耐盐内生真菌保护油菜免受NaCl伤害的能力及其胞外多糖在缓解盐胁迫中的作用。为填补油菜-内生真菌系统中EPS介导的盐耐受性研究空白，我们将来自Parthenium hysterophorus、Calotropis procera和Cannabis sativa的产EPS内生真菌应用于NaCl胁迫条件下，并评估了它们对油菜生长、生理和产量的影响。
菌株分离
从巴基斯坦马尔丹和Swabi工业区的盐碱化区域采集的Parthenium hysterophorus L、Calotropis procera和Cannabis sativa的茎、根和叶中分离出内生真菌。将采集的样本的根、茎和叶切成2厘米长的小段，然后用70%乙醇表面消毒30秒，随后用无菌蒸馏水处理以去除酒精。
有效内生真菌的筛选
从马尔丹和Swabi的污染地区采集的Parthenium hysterophorus L、Calotropis procera和Cannabis sativa样本中共分离出22株内生真菌（表1）。大多数菌株在宿主体内系统性感染，存在于根、茎和叶中，其定殖频率在20%到100%之间。Curvularia specifera AA-17的总体定殖频率最高（86.6%）。
讨论
本研究重点研究了内生真菌Curvularia specifera AA-17，因其盐耐受性、EPS产生能力和促进植物生长的特性而被选中。该菌株在200 mM NaCl存在下仍能旺盛生长，并在对照组和盐胁迫条件下合成GA、IAA、ABA、SA、酚类、黄酮类和脯氨酸等关键代谢物。值得注意的是，盐胁迫降低了真菌的生物量和代谢物产量，但ABA的产量反而增加。
结论
本研究结果表明，Curvularia specifera及其胞外多糖通过调节IAA、ABA和GA的水平显著提高了油菜的盐胁迫耐受性，促进了植物生长并增强了其抗逆性。这些结果凸显了Curvularia specifera作为盐碱化土壤中可持续生物控制剂的潜力。未来的研究应进一步阐明内生真菌诱导的激素变化及其对植物生长的影响机制。
作者贡献声明
阿妮莎·纳亚布（Aneesa Nayab）：撰写初稿、方法设计和实验实施。
瓦希德·穆拉德（Waheed Murad）：项目监督和管理。
西德·阿西姆（Syed Asim）：方法设计和实验实施、撰写与编辑、资金筹集。
安瓦尔·侯赛因（Anwar Hussain）：撰写与编辑、监督、项目管理、资金筹集、概念构思。
利益冲突声明
代表所有合作者声明，我们没有利益冲突或商业利益关联。
