潘晶 黃翠華 彭飛 尤全剛 劉斐耀 薛嫻

（1. 中國(guó)科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院 沙漠與沙漠化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 干旱區(qū)鹽漬化研究站，蘭州 730000；2. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049）

土壤鹽漬化是荒漠化的形成原因之一［1］，也是影響土壤功能的主要威脅［2］。鹽漬化導(dǎo)致的土壤鹽分積累會(huì)降低農(nóng)作物產(chǎn)量、牧草品質(zhì)與林木成活率［3］，影響農(nóng)牧民生計(jì)選擇和土地利用策略［4-5］，進(jìn)而危及農(nóng)業(yè)、牧業(yè)和林業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。同時(shí)，鹽分積累會(huì)加速植被與土壤退化［6］，破壞生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)能力［7］，危及地質(zhì)、資源和國(guó)土安全［8-9］，進(jìn)而導(dǎo)致社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展失衡。目前，全球受鹽漬化影響的土地面積約1.0×109hm2［2］，由此產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)損失每年高達(dá)2.73×1010美元［10］，且目前鹽漬化土地面積仍以每年1.5×107-2.0×107hm2的速度增長(zhǎng)［3］。

土壤中任何形式鹽分的過(guò)量積累都會(huì)對(duì)植物生長(zhǎng)及其生理過(guò)程產(chǎn)生不利影響［2］。鹽脅迫作為自然界中主要的非生物脅迫之一，對(duì)植物造成滲透脅迫、離子脅迫和氧化脅迫，阻礙植物對(duì)水分和養(yǎng)分的吸收，抑制光合作用的正常進(jìn)行。這不僅干擾植物種子萌發(fā)、幼苗生長(zhǎng)和繁殖等各生長(zhǎng)階段的正常生理代謝過(guò)程，而且嚴(yán)重影響植物在生態(tài)系統(tǒng)中的生產(chǎn)潛力和功能發(fā)揮［11］。因此，增強(qiáng)植物耐鹽性、促進(jìn)植物生長(zhǎng)和提高鹽漬化土地的改良利用，不僅是全球土地退化和干旱區(qū)可持續(xù)農(nóng)業(yè)研究的重要內(nèi)容，而且也是保證生態(tài)安全、穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)、實(shí)現(xiàn)耕地占補(bǔ)平衡和解決人口—資源—環(huán)境問(wèn)題的必然選擇［12］。微生物措施是目前鹽漬化土地改良的研究熱點(diǎn)［13-14］，它利用鹽漬生境中植物與有益微生物間的聯(lián)合作用對(duì)土壤進(jìn)行改良［15］，是在尊重植物原有遺傳背景的前提下提高植物生長(zhǎng)潛力和誘導(dǎo)植物耐鹽性［16］，具有成本低、效率高、見(jiàn)效快且環(huán)保等優(yōu)勢(shì)［17-18］。

植物根際促生菌（Plant growth-promoting rhizobacteria，PGPR）是指植物根際土壤中具有抑制植物病害和促進(jìn)植物生長(zhǎng)特性的有益細(xì)菌［19］，也是目前微生物改良措施中應(yīng)用最為廣泛的微生物。已有的

大量獨(dú)立試驗(yàn)研究通過(guò)分析不同耐鹽指標(biāo)的變化，證明了PGPR可以改變宿主植物生理代謝途徑，以此緩解鹽脅迫對(duì)宿主植物造成的危害。部分學(xué)者也對(duì)已有研究中所應(yīng)用的有效PGPR菌種及其耐鹽特性進(jìn)行了分類(lèi)與整理［2，16，20］，為研發(fā)和應(yīng)用微生物菌肥奠定了基礎(chǔ)。然而，鹽脅迫下PGPR對(duì)宿主植物種子萌發(fā)、形態(tài)結(jié)構(gòu)、生物量和產(chǎn)量等的影響鮮有歸納總結(jié)，且PGPR緩解鹽脅迫的可能調(diào)控路徑及作用機(jī)制也值得進(jìn)一步探討與分析?；诖?，本文系統(tǒng)總結(jié)了鹽脅迫下PGPR對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育的影響，并探討了PGPR提高植物耐鹽性的相關(guān)機(jī)制，旨在為進(jìn)一步篩選高效PGPR菌種及利用PGPR改良鹽漬化土地提供理論支撐。

1 鹽脅迫下PGPR對(duì)植物生長(zhǎng)的影響

鹽分積累影響土壤的理化性質(zhì)和生物學(xué)特性，進(jìn)而對(duì)植物生長(zhǎng)、發(fā)育及繁殖等過(guò)程產(chǎn)生不利影響［21-22］。PGPR接種有利于緩解鹽脅迫對(duì)植物種子萌發(fā)、器官分化、生物量積累與分配以及作物產(chǎn)量與品質(zhì)等方面造成的不利影響（圖1）。

1.1 種子萌發(fā)

圖1 鹽脅迫對(duì)植物的影響及PGPR提高植物耐鹽性的機(jī)制（修改自Ilangumaran等［23］）

種子萌發(fā)階段是植物生長(zhǎng)周期中最基本和最重要的階段，影響著植物后續(xù)的生長(zhǎng)發(fā)育［24］。然而，鹽分積累使土壤滲透勢(shì)增加，阻礙種子對(duì)水分的吸收［25］，干擾種子內(nèi)部核酸和蛋白質(zhì)代謝［26-27］，影響內(nèi)源激素合成［28］，進(jìn)而抑制種子萌發(fā)［24］。PGPR接種可以促進(jìn)鹽脅迫下種子萌發(fā)。例如，在75 mmol/L和100 mmol/L鹽脅迫下，含ACC脫氨酶的巨大芽孢桿菌（Bacillus megateriumUPMR2）和腸桿菌（Enterobactersp.UPMR18）附著于秋葵種子后，能夠根據(jù)種子產(chǎn)生的氨基酸合成植物激素，進(jìn) 而 促 進(jìn) 種 子 萌 發(fā)［25］。在11 dS/m和14 dS/m鹽脅迫下，雖然油菜種子接種含ACC脫氨酶的熒光假單胞菌（Pseudomonas fluorescens）和惡臭假單胞菌（Pseudomonas putida）后發(fā)芽率顯著升高，但耐鹽品種種子的發(fā)芽率顯著高于不耐鹽品種，這可能是由于PGPR菌種與不同耐鹽品種種子間的交互作用存在差異所致［29］。在50 mmol/L、100 mmol/L和200 mmol/L鹽脅迫下，鷹嘴豆接種可變鹽單胞菌（Halomonas variabilisHT1）和產(chǎn)色素海洋細(xì)菌（Planococcus rifietoensisRT4）后種子發(fā)芽率升高，可能是由于PGPR產(chǎn)生的胞外多糖（Exopolysaccharides，EPS）在種子表面形成了生物被膜，有助于保持種子周?chē)殖渥?，為種子萌發(fā)創(chuàng)造了有利條件［30］。

1.2 形態(tài)結(jié)構(gòu)

鹽脅迫下，植物細(xì)胞伸長(zhǎng)率和分裂率降低［24］，致使根、莖和葉的生理特征和形態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，既不利于根系對(duì)水分和養(yǎng)分的吸收，也不利于葉對(duì)光能的截獲和利用［31-32］。PGPR接種有利于改善根、莖和葉的生理特征和形態(tài)結(jié)構(gòu)，提高植物對(duì)鹽脅迫的適應(yīng)能力［33］（圖1）。例如，在0.2%、0.4%和0.6% NaCl脅迫下，白蠟接種可分泌生長(zhǎng)素的陰溝腸桿菌（Enterobacter cloacaeTIA062）后，根系活性和根區(qū)土壤微生態(tài)環(huán)境的改善為植物生長(zhǎng)提供了良好的環(huán)境，根體積、根表面積、植株基莖和株高顯著高于對(duì)照，且在0.6% NaCl脅迫下的接種效應(yīng)更為顯著［34］。在100 mmol/L鹽脅迫下，大豆接種假單胞菌（Pseudomonassp.）和芽孢桿菌（Bacillussp.）后，細(xì)菌產(chǎn)生的ACC脫氨酶降低了乙烯（Ethylene，ETH）的合成，細(xì)菌分泌的生長(zhǎng)素（Auxin，IAA）促進(jìn)了根的發(fā)育和莖的生長(zhǎng)，使株高、根長(zhǎng)、側(cè)根數(shù)和葉面積顯著增加［35］。可見(jiàn)，鹽脅迫下PGPR可以通過(guò)調(diào)節(jié)激素的合成與積累來(lái)優(yōu)化植株形態(tài)結(jié)構(gòu)。

1.3 生物量積累與再分配

鹽脅迫會(huì)降低植物的生長(zhǎng)速率、抑制生物量的積累并改變生物量的分配模式［23］。鹽脅迫條件下，PGPR接種可以提高植物生長(zhǎng)速率，并促進(jìn)不同實(shí)驗(yàn)條件中生物量的積累。例如，Meta分析結(jié)果表明，在盆栽實(shí)驗(yàn)條件中，鹽生植物和甜土植物在鹽脅迫條件下接種PGPR后根、莖和葉生物量積累均顯著增加，且不耐鹽植物的促生效應(yīng)顯著高于耐鹽植物［18］。在培養(yǎng)液實(shí)驗(yàn)條件中，100 mmol/L鹽脅迫下擬南芥接種解淀粉芽孢桿菌（Bacillus amyloliquefaciensFZB42）［36］和大豆接種假單胞菌（Pseudomonassp.）和芽孢桿菌（Bacillussp.）［35］后生物量積累都顯著增加。同時(shí)，鹽脅迫下PGPR還會(huì)誘導(dǎo)根匯效應(yīng)，影響生物量再分配［14，23］。例如，在250 mmol/L鹽脅迫下，對(duì)金合歡接種枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis）后，根干重顯著提高了118%，而地上部分干重則提高了40%，根的生物量積累效應(yīng)顯著優(yōu)于地上部分［37］。

1.4 產(chǎn)量與品質(zhì)

鹽脅迫不僅影響植物的生殖生理過(guò)程，降低作物產(chǎn)量［2］，而且抑制植物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收，影響作物品質(zhì)［38］。PGPR接種可以提高鹽脅迫下作物的產(chǎn)量與品質(zhì)，且PGPR引起的增產(chǎn)效應(yīng)因鹽脅迫條件、菌種屬性和宿主植物的不同而存在差異。例如，在100 mmol/L和300 mmol/L鹽脅迫下，薄荷接種期望鹽單胞菌（Halomonas desiderata）和微小桿菌（Exiguobacterium oxidotolerans）后產(chǎn)量和含油量均 顯著提高［7］。在100 mmol/L、300 mmol/L和500 mmol/L鹽脅迫下，山香接種類(lèi)產(chǎn)堿假單胞菌（Pseudomonas pseudoalcaligenes）和短小芽孢桿菌（Bacillus pumilus）后雖然產(chǎn)量和含油量降低，但由于葉面積和生物量的積累，植株總產(chǎn)油量增加［38］。在4 dS/m、8 dS/m和12 dS/m鹽脅迫下，玉米接種含ACC脫氨酶的PGPR菌株后產(chǎn)量顯著提高，且在12 dS/m鹽脅迫下產(chǎn)量提升幅度最大［39］。在鹽水灌溉條件下，草莓接種萎縮芽孢桿菌（Bacillus atrophaeusEY6）、克氏葡萄球菌（Staphylococcus kloosiiEY37）和考克氏菌（Kocuria erythromyxaEY43）后產(chǎn)量均顯著提高，但不同菌株的接種效應(yīng)存在差異［40］。

2 PGPR提高植物耐鹽性相關(guān)機(jī)制

鹽脅迫對(duì)植物造成滲透脅迫、離子脅迫和氧化脅迫，阻礙植物對(duì)水分和養(yǎng)分的吸收，抑制光合作用［17］。PGPR可以誘導(dǎo)宿主植物系統(tǒng)耐性，通過(guò)增強(qiáng)滲透調(diào)節(jié)能力、提高水分和養(yǎng)分吸收水平，保持離子和活性氧平衡，促進(jìn)光合作用與利用微生物間的對(duì)抗和協(xié)同關(guān)系等途徑，提高植物對(duì)鹽脅迫環(huán)境的適應(yīng)能力（圖1）。

2.1 增強(qiáng)滲透調(diào)節(jié)，促進(jìn)水分吸收

鹽分積累降低了土壤水的能量狀態(tài)，影響根對(duì)土壤水分的吸收，對(duì)植物造成滲透脅迫［17］。鹽脅迫下，PGPR通過(guò)調(diào)節(jié)宿主植物有機(jī)滲透溶質(zhì)的合成、增強(qiáng)根系的吸水能力與改善根區(qū)水分狀況等方式來(lái)緩解滲透脅迫對(duì)植物的傷害。

2.1.1 合成有機(jī)滲透溶質(zhì)，提高滲透調(diào)節(jié)能力 滲透脅迫下，植物體內(nèi)有機(jī)滲透溶質(zhì)（如脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白和甜菜堿等）的合成有助于降低細(xì)胞滲透勢(shì)，改善植株內(nèi)生理干旱狀況［17］。其中，脯氨酸是目前研究最為廣泛的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)［41-42］。一些研究者認(rèn)為，脯氨酸的積累是植物在鹽脅迫下進(jìn)行滲透調(diào)節(jié)的重要指標(biāo)。鹽脅迫下PGPR接種顯著促進(jìn)了脯氨酸的合成與積累，有助于維持細(xì)胞水勢(shì)［7］，緩解滲透脅迫對(duì)植物造成的傷害［16］。植物接種PGPR后脯氨酸含量的增加可能是由于：（1）PGPR接種增強(qiáng)了宿主植物營(yíng)養(yǎng)吸收水平，從而加快了脯氨酸的合成速率；（2）PGPR引起脯氨酸合成相關(guān)基因表達(dá)上調(diào)［35-36］。然而，另一些研究者則認(rèn)為，脯氨酸的積累是鹽脅迫對(duì)植物造成傷害的標(biāo)志，脯氨酸含量的顯著降低意味著PGPR接種緩解了滲透脅迫對(duì)植株造成的傷害［39］?？梢?jiàn)，鹽脅迫下不同植物接種PGPR后各器官中脯氨酸含量的變化各異（表1）。關(guān)于PGPR對(duì)鹽脅迫下植物脯氨酸含量的影響及脯氨酸對(duì)植物耐鹽性的作用都是有待進(jìn)一步研究的關(guān)鍵問(wèn)題。

表1 植物接種PGPR后脯氨酸含量的響應(yīng)

可溶性糖、可溶性蛋白和甜菜堿也是植物體內(nèi)重要的有機(jī)滲透溶質(zhì)和酶保護(hù)劑，其含量的積累有利于保持宿主植物體內(nèi)的滲透平衡，緩解植物生理干旱［37，42，50］。鹽脅迫下，PGPR合成滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的速度高于其宿主植物，可以有效地促進(jìn)宿主植物對(duì)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的吸收［23］。Meta分析結(jié)果表明，鹽脅迫下，PGPR接種可促進(jìn)耐鹽植物和鹽敏感植物葉中可溶性糖和可溶性蛋白的積累，且耐鹽植物中可溶性糖的接種效應(yīng)顯著高于鹽敏感植物［18］。在250 mmol/L鹽脅迫下，金合歡接種枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis）后甜菜堿含量顯著高于對(duì)照38.4%，有利于植物保持滲透平衡［37］。在0.5 g/kg、1 g/kg、1.5 g/kg、2 g/kg和2.5 g/kg鹽脅迫下，水稻接種類(lèi)產(chǎn)堿假單胞菌（Pseudomonas pseudoalcaligenes）和短小芽孢桿菌（Bacillus pumilus）后葉中類(lèi)甜菜堿季銨化合物含量均顯著升高，且混合接種效應(yīng)顯著高于單獨(dú)接種；類(lèi)甜菜堿季銨化合物的積累可以保護(hù)植株亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)，提高滲透調(diào)節(jié)水平，改善葉中水分狀況［49］。

2.1.2 調(diào)節(jié)根系生理與結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)水分吸收與運(yùn)輸能力 根系形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理特征影響著植物對(duì)水分的吸收與運(yùn)輸［24］。鹽脅迫下，PGPR接種能夠改變根系結(jié)構(gòu)和生理狀態(tài)，提高根對(duì)水分的吸收和運(yùn)輸速率，進(jìn)而緩解滲透脅迫［14］。PGPR在土壤中可以產(chǎn)生揮發(fā)性物質(zhì)（Volatile Organic Compounds，VOCs）。當(dāng)PGPR與根無(wú)物理接觸時(shí)，通過(guò)釋放VOCs促進(jìn)根系生長(zhǎng)和擴(kuò)大根系吸收面積［51］，以此緩解由鹽分積累導(dǎo)致的滲透脅迫對(duì)植物造成的傷害。當(dāng)PGPR與根有物理接觸時(shí)，通過(guò)釋放植物激素、誘導(dǎo)宿主植物體內(nèi)激素合成的基因表達(dá)與加強(qiáng)植物激素間的協(xié)同作用來(lái)促進(jìn)根系生長(zhǎng)和改善根系形態(tài)，促進(jìn)鹽脅迫下植物對(duì)水分和養(yǎng)分的吸收利用，緩解植物生理干旱［52-54］。PGPR接種還可以通過(guò)改善根系生理狀態(tài)來(lái)促進(jìn)水分運(yùn)輸。例如，在2.56 dS/m鹽脅迫下，玉米接種巨大芽孢桿菌（Bacillus megaterium）后根中水孔蛋白PIP水平和蛋白豐度的增加提高了根系水力導(dǎo)度［55］，有利于根系對(duì)水分的運(yùn)輸和對(duì)細(xì)胞內(nèi)滲透壓的調(diào)節(jié)［56］。

2.1.3 改善根區(qū)土壤環(huán)境，調(diào)節(jié)根區(qū)水分狀況 鹽分在土壤中的積累會(huì)破壞土壤結(jié)構(gòu)，影響根際土壤水分微環(huán)境［57-58］。部分PGPR在維持其自身生長(zhǎng)發(fā)育的過(guò)程中能夠產(chǎn)生EPS［59］。EPS的吸濕性和膠體穩(wěn)定性有利于生物被膜的形成和PGPR的定殖，進(jìn)而增加土壤保水性能和團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，提高植物根系周?chē)畡?shì)，緩解由于土壤鹽分積累對(duì)植株根系造成的滲透脅迫，為植物生長(zhǎng)提供良好的水分微環(huán)境和抵御滲透脅迫的能力［30，60-61］。因此，鹽脅迫下，PGPR接種不僅有利于促進(jìn)植物根系生長(zhǎng)和提高根際微生物數(shù)量，而且可以改善鹽漬土壤結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，調(diào)節(jié)根區(qū)水分狀況，促進(jìn)根系對(duì)水分的吸收，間接緩解滲透脅迫對(duì)植物造成的傷害。

2.2 促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)吸收，降低鹽離子毒害

鹽分伴隨著根系對(duì)水分的吸收進(jìn)入植物體內(nèi)，影響鈉離子（Na+）與其它營(yíng)養(yǎng)離子的代謝，降低植物對(duì)營(yíng)養(yǎng)離子的吸收和運(yùn)移，從而對(duì)植物造成離子毒害［17］。PGPR通過(guò)提高土壤養(yǎng)分可得性、促進(jìn)根系營(yíng)養(yǎng)吸收和調(diào)控Na+的吸收與運(yùn)移等途徑，重建宿主植物離子平衡狀態(tài)［18］。

2.2.1 提高土壤供肥能力，增強(qiáng)土壤營(yíng)養(yǎng)可得性 鹽脅迫下，部分PGPR可以分解土壤中難溶性礦物質(zhì)，并將其轉(zhuǎn)化為可被植物吸收利用的礦質(zhì)元素形態(tài)，增加土壤中營(yíng)養(yǎng)元素的可得性［41，54，62］。具有固氮作用的PGPR可以增加土壤中氮（N）含量并促進(jìn)植物對(duì)N的吸收。例如，在-0.3 MPa鹽脅迫下，玉米接種具有固氮能力的產(chǎn)脂固氮螺菌（Azospirillum lipoferum）后地上部分N產(chǎn)量顯著提高［63］。具有溶磷作用的PGPR通過(guò)分泌有機(jī)酸來(lái)降低土壤pH值，將土壤中難溶性磷酸鹽轉(zhuǎn)變?yōu)榭杀恢参镂绽玫男螒B(tài)。在9 dS/m鹽脅迫下，綠豆接種具有溶磷作用的蠟狀芽孢桿菌（Bacillus cereusPb25）后，根際土壤中的微生物碳、脫氫酶、磷酸酶和有機(jī)磷的含量都顯著增加，葉中磷（P）含量顯著高于對(duì)照48%［54］。解鉀細(xì)菌既可以溶出礦物中的元素用于自身生長(zhǎng)，又可以釋放出鉀（K）元素以增加土壤中K的可利用性和促進(jìn)植物對(duì)K的吸收［64］。已有結(jié)果表明，植物接種解鉀細(xì)菌后葉中K濃度在低鹽脅迫下提高了6%-14%，在高鹽脅迫下提高了4%-8%［65］?？梢?jiàn)，部分PGPR可以發(fā)揮生物肥料的作用，提高土壤供肥能力，改善根區(qū)土壤養(yǎng)分狀況。

2.2.2 調(diào)節(jié)根系生理和形態(tài)，促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)吸收 增強(qiáng)植物的營(yíng)養(yǎng)吸收能力是提高植物耐鹽性的關(guān)鍵［17］。根系生長(zhǎng)狀況和形態(tài)結(jié)構(gòu)直接影響植物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收、轉(zhuǎn)化和合成［66］。PGPR可以通過(guò)改變根系生理狀況、刺激根系發(fā)育和改善根系形態(tài)結(jié)構(gòu)等途徑，增強(qiáng)根對(duì)土壤營(yíng)養(yǎng)元素的利用，緩解鹽脅迫下植物體內(nèi)營(yíng)養(yǎng)匱缺［67-69］。例如，在250 mmol/L鹽脅迫下，金合歡接種枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis）后根瘤數(shù)量、重量和豆血紅蛋白含量的顯著增加有助于增強(qiáng)根對(duì)N的固定，根中硝酸還原酶、亞硝酸還原酶和固氮酶活性的增強(qiáng)有利于增強(qiáng)根中N代謝能力［37］，根中酸性和堿性磷酸酶含量的顯著升高有助于有機(jī)磷化合物的水解，增強(qiáng)植物對(duì)P的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)［58］。在50 mmol/L和70 mmol/L NaCl 脅迫下，大豆接種芽孢桿菌（Bacillus japonicumUSDA110）和惡臭假單胞菌（Pseudomonas putidaTSAU1）后，根長(zhǎng)、根表面積、根直徑和根體積等均顯著增加，有利于促進(jìn)大豆對(duì)N和P的吸收［67］。Meta分析結(jié)果表明，鹽脅迫下植物接種PGPR后N、P、K、鈣（Ca）和鎂（Mg）等營(yíng)養(yǎng)元素的顯著增加主要得益于：（1）根系分泌物加速了根區(qū)養(yǎng)分循環(huán)；（2）根系結(jié)構(gòu)的改善擴(kuò)大了根系吸收范圍［18］。養(yǎng)分吸收能力的增強(qiáng)既可以通過(guò)促進(jìn)生長(zhǎng)來(lái)稀釋植株內(nèi)鹽離子濃度，又可通過(guò)提高K+/Na+比、Ca2+/Na+比和Mg2+/Na+比來(lái)重建植株離子平衡狀態(tài)［24，54］。此外，植物接種PGPR后根生物量、分泌物及根際微生物數(shù)量的增加還有助于促進(jìn)好氧微生物的生長(zhǎng)繁殖，增強(qiáng)根及根際微生物的呼吸作用，改善根區(qū)土壤通氣狀況［60，70］，加快有機(jī)質(zhì)分解和土壤礦化，為根系吸收養(yǎng)分創(chuàng)造良好條件［71］。

2.2.3 產(chǎn)生EPS和VOCs，調(diào)控Na+的吸收與運(yùn)移 部分PGPR產(chǎn)生EPS和釋放VOCs。EPS可以提高土壤陽(yáng)離子交換量、土壤孔隙度、聚合度和持水力，增強(qiáng)根際土壤養(yǎng)分的可得性和可利用性，降低Na+對(duì)植物的傷害［16，23］。例如，在100 mmol/L鹽脅迫下，擬南芥接種產(chǎn)EPS的解淀粉芽孢桿菌（Bacillus amyloliquefaciensFZB42）后，EPS在根部形成的生物被膜結(jié)合土壤中的Na+，限制了根對(duì)Na+的吸收，從而降低了體內(nèi)Na+含量［36］。VOCs作為一種信號(hào)傳遞的信號(hào)分子，參與并調(diào)節(jié)植物與微生物互作［72］。鹽脅迫下，PGPR釋放的VOCs可以通過(guò)調(diào)節(jié)高親和性K+轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（High Affinity K Transport 1，HK1）來(lái)保持植株內(nèi)Na+穩(wěn)態(tài)。例如，在100 mmol/L鹽脅迫下，擬南芥接種枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilisGB03）后，VOCs通過(guò)下調(diào)根部HK1的表達(dá)限制Na+進(jìn)入根系，通過(guò)上調(diào)地上部分基因表達(dá)降低植株中Na+含量和Na+循環(huán)，從而降低Na+對(duì)植物的傷害［16，73］。

2.3 減少活性氧傷害，提高抗氧化能力

滲透脅迫和離子脅迫相互作用會(huì)破壞植物體內(nèi)活性氧（Reactive oxygen species，ROS）產(chǎn)生與清除間的動(dòng)態(tài)平衡，引起膜脂過(guò)氧化，進(jìn)而對(duì)植物造成氧化脅迫［17］。PGPR可通過(guò)減少鹽脅迫初期ROS的產(chǎn)生與積累、提高抗氧化酶活性和增加非酶類(lèi)抗氧化物等途徑，提高植物抗氧化能力。

2.3.1 減少ROS的產(chǎn)生與積累 減輕鹽脅迫初期滲透脅迫和離子脅迫對(duì)植物的傷害，可相應(yīng)地降低氧化脅迫對(duì)植物造成的傷害［74］。丙二醛（Malondialdehyde，MDA）是膜脂過(guò)氧化的產(chǎn)物，也是植物遭受氧化脅迫的標(biāo)志［7］，其含量越低表明植物的耐鹽性越高［75］。鹽脅迫下，PGPR能有效抑制植株內(nèi)ROS的產(chǎn)生，降低MDA含量，提高植物耐鹽性。例如，在5 dS/m和10 dS/m鹽脅迫下，綠豆接種分散泛菌（Pantoea dispersa）和屎腸球菌（Enterococcus faecium）后Na+吸收受到抑制，這有利于減少葉中過(guò)氧化氫（Hydrogen peroxide，H2O2）的產(chǎn)生，從而降低葉中MDA的積累［76］。Meta分析結(jié)果顯示，鹽脅迫下耐鹽植物和鹽敏感植物接種PGPR后MDA含量分別顯著降低了23.01%和23.96%，且MDA的減少與Na+吸收的減少呈正相關(guān)，表明植物接種PGPR后鹽離子脅迫的緩解可以相應(yīng)地減少鹽脅迫初期ROS的產(chǎn)生與積累，降低由ROS導(dǎo)致的氧化脅迫帶來(lái)的不利影響［18］。

2.3.2 提高抗氧化酶活性 植物通過(guò)酶類(lèi)和非酶類(lèi)抗氧化系統(tǒng)對(duì)ROS進(jìn)行調(diào)節(jié)，增強(qiáng)植物抗氧化能力［74，77］。在酶類(lèi)抗氧化系統(tǒng)中，超氧化物歧化酶（Superoxide dismutase，SOD）是植物應(yīng)對(duì)氧化脅迫的“第一道防線”，它將超氧陰離子（Superoxide anion，O2-）轉(zhuǎn)化為水和H2O2；過(guò)氧化物酶（Peroxidase，POD）、過(guò)氧化氫酶（Catalase，CAT）和抗壞血酸過(guò)氧化物酶（Ascorbate peroxidase，APX）都是H2O2清除酶；谷胱甘肽過(guò)氧化物酶（Glutathione peroxidase，GPX）和谷胱甘肽還原酶（Gutathione reductase，GR）等是重要的氧化還原調(diào)節(jié)酶［24，78］。鹽脅迫下，部分植物接種PGPR后抗氧化酶活性顯著升高［77］。例如，在150 mmol/L鹽脅迫下，小麥接種堿湖迪茨氏菌（Dietzia natronolimnaeaSTR1）后葉和根中MnSOD、POD、CAT、APX、GPX和GR均顯著增加，葉中抗氧化酶基因表達(dá)顯著高于對(duì)照3倍，而根中抗氧化酶基因表達(dá)顯著高于對(duì)照2-3倍［79］。在150 mmol/L、175 mmol/L和200 mmol/L鹽脅迫下，小麥接種克雷伯氏菌（Klebsiellasp. SBP-8）后葉中SOD、POD和CAT活性顯著提高，而MDA、H2O2和O2-均顯著降低［80］?？梢?jiàn)，PGPR可通過(guò)誘導(dǎo)抗氧化酶基因上調(diào)來(lái)提高抗氧化酶活性，增強(qiáng)宿主植物抗氧化能力。

2.3.3 增加非酶類(lèi)抗氧化物 非酶類(lèi)抗氧化物質(zhì)（如脯氨酸、甜菜堿、多酚、抗壞血酸和谷胱甘肽等）的合成，可以保護(hù)植物體內(nèi)不穩(wěn)定大分子免受或少受各種代謝反應(yīng)所形成的ROS攻擊［66，78，81］。PGPR可以顯著提高植物體內(nèi)非酶類(lèi)抗氧化物含量，緩解ROS對(duì)植物造成的氧化損傷。例如，在9 dS/m鹽脅迫下，綠豆接種蠟樣芽孢桿菌（Bacillus cereusPb25）后葉中脯氨酸含量的顯著增加有利于維持亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)（如膜和蛋白質(zhì)）的穩(wěn)定，清除多余ROS［54］。在0.5%-2.5% NaCl下，水稻接種假單胞菌（Pseudomonassp.）和芽孢桿菌（Bacillussp.）后甘氨酸-甜菜堿類(lèi)季銨化合物顯著增加，可以防止調(diào)節(jié)性外源蛋白解離，穩(wěn)定光系統(tǒng)Ⅱ蛋白復(fù)合物的析氧活性［49］。在2.93 g/kg和5.85 g/kg鹽脅迫下，玉米接種固氮菌（Azotobactersp.）后葉中多酚含量的升高可以有效降低ROS對(duì)葉的傷害［46］。在5 dS/m和10 dS/m鹽脅迫下，綠豆接種分散泛菌（Pantoea dispersa）和屎腸球菌（Enterococcus faecium）后葉中抗壞血酸和谷胱甘肽的顯著提高有助于維持細(xì)胞內(nèi)ROS的動(dòng)態(tài)平衡，減少ROS造成的膜損傷［76］。

2.4 促進(jìn)光合色素合成，改善光合性能

光合作用是植物生長(zhǎng)的基礎(chǔ)，鹽脅迫下影響植物生長(zhǎng)的因素都會(huì)影響光合作用［82-83］。PGPR接種可以促進(jìn)光合色素合成，提高光合速率，進(jìn)而改善植物光合性能。

2.4.1 促進(jìn)光合色素合成 滲透脅迫誘導(dǎo)植物內(nèi)源激素水平發(fā)生變化，抑制根對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收和葉對(duì)光能的截取，不利于光合色素的合成［33，62，84］。離子脅迫降低光合色素合成的特異性酶活性，造成光合色素降解增多［85］。氧化脅迫下ROS增多會(huì)破壞葉綠體超微結(jié)構(gòu)和葉綠素相關(guān)蛋白的合成，造成色素光氧化［58，86］?？梢?jiàn)，由鹽脅迫導(dǎo)致的次級(jí)脅迫不利于光合色素的合成。Meta分析結(jié)果表明，盆栽實(shí)驗(yàn)中耐鹽植物和鹽敏感植物在鹽脅迫下接種PGPR后，類(lèi)胡蘿卜素含量分別顯著增加了27.77%和55.02%，葉綠素含量分別顯著增加了34.89%和34.99%［18］。鹽脅迫下植物接種PGPR后葉綠素含量增加的原因可能是：（1）葉面積的增加促進(jìn)了植物對(duì)光能的截取和利用［54］；（2）根對(duì)Na+的吸收減少和對(duì)N、P和Mg2+等營(yíng)養(yǎng)元素的吸收增加，有利于促進(jìn)光合色素的合成［18，58］；（3）PGPR的ACC脫氨酶抑制了植物體內(nèi)ETH合成，減緩了葉綠素的降解［54］。

2.4.2 提高光合速率 鹽脅迫下，受缺水和鹽害的雙重影響，根中合成的脫落酸通過(guò)木質(zhì)部液流在葉中積累，導(dǎo)致氣孔導(dǎo)度（Stomatal conductance，Gs）、蒸騰速率（Transpiration rate，Tr）和光合速率（Photosynthetic rate，Pn）降低，光合作用受到抑制［24，87-88］。鹽脅迫下，植 物 接 種PGPR后Pn提高［33］。例 如，在250 mmol/L和350 mmol/L NaCl脅迫下，大麥接種巴西固氮螺菌（Azospirillum brasilenseNO40）后葉綠素含量、Pn、Gs和Tr都顯著增加，且不耐鹽品種的接種效應(yīng)優(yōu)于耐鹽品種，葉綠素含量增加有利于提高Pn［89］。在40 mmol/L、80 mmol/L和120 mmol/L鹽脅迫下，甜椒接種巴西固氮螺菌（Azospirillum brasilense）和分散泛菌（Pantoea dispersa）后Pn、Gs和CO2同化速率均顯著增加，而PSII的光化學(xué)效率和葉綠素含量無(wú)顯著變化，Pn的增加主要受Gs影響而非受PSII效率或葉綠素的影響［90］?？梢?jiàn)，不同植物接種PGPR后葉綠素含量的變化對(duì)光合速率的影響不同。此外，鹽脅迫下植物接種PGPR后光合作用相關(guān)的基因表達(dá)上調(diào)也會(huì)增強(qiáng)光合作用［36］。

2.5 抑制有害微生物，發(fā)揮有益微生物間的協(xié)同作用

鹽脅迫下，鹽分積累影響土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的演替和功能多樣性的穩(wěn)定。PGPR可抑制根際土壤中病原微生物的繁殖，增強(qiáng)有益微生物的定殖，利用微生物間的對(duì)抗和協(xié)同關(guān)系為植物生長(zhǎng)創(chuàng)造良好的土壤條件。

2.5.1 降低病原微生物對(duì)植物的脅迫 鹽分積累使土壤有益微生物群落逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槲⑸锘钚缘汀⒏?jìng)爭(zhēng)性弱和多樣性差的原核微生物群落［91］，致使土壤潛在病原微生物在根際存活且富集［52］。部分PGPR具有較高耐鹽性，當(dāng)其到達(dá)根表面后，呈線狀成對(duì)地包裹于整個(gè)根被皮，后密集覆蓋于整個(gè)根系，可在高度競(jìng)爭(zhēng)的根際土壤微環(huán)境中迅速占據(jù)生態(tài)位［52，92］，保證自身在植物根際的成功定殖。隨后，PGPR通過(guò)消耗營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)或產(chǎn)生抗生素等途徑，減少根際病原微生物的生存和繁衍，提高有益微生物的數(shù)量及整體活性，使宿主植物免受或少受病原微生物的侵害［52，62］。例如，鹽脅迫下，PGPR不僅可以通過(guò)誘導(dǎo)和調(diào)節(jié)植物內(nèi)源激素促進(jìn)小麥生長(zhǎng)，而且可以通過(guò)分泌細(xì)胞壁降解酶或裂解酶來(lái)抑制植物病原微生物活性和降低病原微生物對(duì)植物的侵害，為植物的生長(zhǎng)創(chuàng)造有力環(huán)境［52］。同時(shí)，細(xì)菌的群體效應(yīng)現(xiàn)象和群體效應(yīng)猝滅也是PGPR抑制病原菌生長(zhǎng)繁殖和促進(jìn)宿主植物生長(zhǎng)的策略［93］，但相關(guān)機(jī)制有待今后進(jìn)一步研究。

2.5.2 利用微生物間的協(xié)同作用促進(jìn)植物生長(zhǎng) 根際有益微生物的協(xié)同作用可以提高植物耐鹽性并改善其生長(zhǎng)性能。PGPR和叢枝菌根真菌（Arbuscular mycorrhizal fungi，AMF）是根際土壤微生物的重要組成者，具有促進(jìn)生長(zhǎng)與防治病害的雙重潛力，二者也可相互促進(jìn)對(duì)方在根際的定殖和發(fā)展［94-95］。PGPR有利于AMF孢子萌發(fā)和菌絲生長(zhǎng)，增強(qiáng)根的感受性及其與AMF間的相互識(shí)別，有利于菌根效應(yīng)的發(fā)揮［96-97］。反之，菌根分泌物也可加強(qiáng)PGPR與AMF的聯(lián)系［96］。例如，菌絲延伸可以帶動(dòng)菌根周?chē)鶳GPR的擴(kuò)散，促進(jìn)PGPR效應(yīng)的發(fā)揮［94］。已有研究結(jié)果表明，在鹽漬土壤中，燕麥同時(shí)接種AMF和PGPR后生物量積累、抗氧化能力和土壤酶活性均顯著提高，且AMF和PGPR混合接種效應(yīng)顯著優(yōu)于PGPR單一接種［98］，表明微生物間的協(xié)同作用可以促進(jìn)植物生長(zhǎng)并提高植物對(duì)鹽漬生境的修復(fù)潛力。

3 總結(jié)及展望

PGPR既可提高植物的耐鹽性使其適應(yīng)鹽漬生境，又可利用其與宿主植物間的相互作用來(lái)改良鹽漬化土地，使其適應(yīng)更多植物生長(zhǎng)。然而，任何PGPR都不可能適應(yīng)所有環(huán)境并擁有對(duì)所有植物有效的促生機(jī)制，而同種植物對(duì)不同PGPR的響應(yīng)也受生長(zhǎng)環(huán)境影響而存在差異。目前，已有試驗(yàn)多集中對(duì)植物接種微生物后形態(tài)特征和生理指標(biāo)的響應(yīng)進(jìn)行研究，而對(duì)植物接種PGPR后分子水平的相關(guān)機(jī)理探索較少。若加強(qiáng)分子水平的相關(guān)基因表達(dá)方面的研究，有利于進(jìn)一步揭示鹽脅迫下PGPR接種對(duì)植物耐鹽性的影響及二者的互作機(jī)制。同時(shí)，目前關(guān)于PGPR提高植物耐鹽性的研究多局限于溫室環(huán)境和控制條件，而對(duì)天然鹽漬生境中PGPR對(duì)植物的促生潛力評(píng)估較少，今后應(yīng)加強(qiáng)不同鹽脅迫條件下不同PGPR菌種對(duì)不同植物種屬的影響研究，這有助于不同作物專(zhuān)用PGPR菌肥的研發(fā)和PGPR菌肥在鹽漬化地區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展和生態(tài)建設(shè)中的應(yīng)用。此外，目前研究中選用的植物多為耐鹽性較低的農(nóng)作物，而對(duì)鹽漬荒漠地區(qū)中維持生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定、促進(jìn)能量循環(huán)與物質(zhì)轉(zhuǎn)化且具有農(nóng)業(yè)生產(chǎn)潛力的鹽生植物研究較少。今后可加強(qiáng)鹽脅迫下PGPR對(duì)鹽生植物的影響研究，這對(duì)改善和修復(fù)干旱半干旱地區(qū)鹽漬化土地具有重要的生態(tài)學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。