安明哲，張巖，張妤，徐敬業(yè)，王洋

(1.吉林省農(nóng)業(yè)科學院，吉林 長春 130033；2.吉林省農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)經(jīng)濟與信息研究所，吉林 長春 130033；3.吉林省農(nóng)業(yè)科學院花生研究所，吉林 公主嶺 136100)

土壤鹽堿化是限制種子萌發(fā)、植株生長和降低果實品質的主要非生物脅迫因素之一[1]，世界范圍內(nèi)近7%的土地面積和30%的農(nóng)田受到土壤鹽漬化影響[2]。我國東北地區(qū)的鹽堿地是世界三大蘇打鹽堿土集中區(qū)之一，土壤鹽漬化已經(jīng)對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展造成巨大危害。隨著鹽漬土面積的不斷擴大[3]，如何有效利用和改良鹽漬土地資源成為亟待解決的重大問題。

吉林省高粱種植面積連年超過9萬hm2，出口量超過7 000 t/年，出口額超過300萬美元/年，排名全國第二[4]。另外，高粱還是東北三省重要的雜糧作物之一，在農(nóng)作物生產(chǎn)體系中具有不可替代的優(yōu)勢，因其具有一定的耐鹽堿、耐旱能力且水分利用率高而成為種植業(yè)結構調整中重要的替代作物。然而，較多的研究表明，高粱種子萌發(fā)期和幼苗期對土壤高鹽含量較敏感，且不同高粱品種表現(xiàn)出較大差異，土壤含鹽量超過一定濃度時種子萌發(fā)率會明顯降低，成苗率下降，且嚴重影響后期出穗能力，大幅降低產(chǎn)量[5，6]。因此，在鹽堿地上種植高粱時，通過一定方法提高種子萌發(fā)期和幼苗期的耐鹽能力是提高產(chǎn)量的首要問題。

芽孢桿菌(Bacillus)是一類重要的根際微生物，大量的芽孢桿菌具有促生和防病作用[7，8]。研究表明，一些芽孢桿菌具有提高植物耐鹽堿、耐干旱、耐低溫的能力，可長期定殖在植物根系，誘導建立耐鹽體系，調節(jié)植物的生長發(fā)育體系和一系列生理變化，從而提高植物的耐鹽能力，保證正常生長:Hafsa等[9]研究發(fā)現(xiàn)，定殖在小麥根系的枯草芽孢桿菌D7能夠大量分泌生長素吲哚乙酸(IAA)，促進小麥根系生長，并進一步與體內(nèi)的耐鹽物質結合來提高小麥的耐鹽能力；Ouhaddou等[10]研究表明，根際促生菌可侵染生菜根系，通過提高生菜體內(nèi)抗氧化酶活性和滲透調節(jié)物質含量來緩解鹽脅迫；Wu等[11]研究發(fā)現(xiàn)，耐鹽芽孢桿菌能夠通過調節(jié)植物激素水平、調節(jié)脂質過氧化、積累甜菜堿和排除體內(nèi)Na＋來誘導小麥的應激反應，從而促進小麥生長，提高其耐鹽脅迫能力。因此，篩選耐鹽堿根際促生菌并利用其提高作物的耐鹽堿能力、促進作物生長、提高作物產(chǎn)量是鹽堿地綜合治理和利用的重要研究方向。

本研究以前期課題組篩選獲得的一株根際枯草芽孢桿菌(Bacillus subtilis，編號:SN3)為試驗菌株，以高粱品種吉雜319為試材，通過測定SN3對鹽脅迫下高粱種子萌發(fā)指標、幼苗生長指標以及苗期根系滲透調節(jié)物質含量和抗氧化酶活性的影響，探究其對鹽脅迫下高粱種子萌發(fā)和幼苗的促生作用，以期初步解釋枯草芽孢桿菌(SN3)對鹽脅迫下高粱種子萌發(fā)和幼苗生長的作用機制，為鹽堿地高粱種植提供技術依據(jù)和參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試枯草芽孢桿菌菌株(Bacillus subtilis，編號:SN3)從吉林鹽堿地(125.12156°E，42.5675°N)土壤中分離得到，保存于吉林省農(nóng)業(yè)科學院作物資源研究所。供試高粱品種吉雜319來源于吉林省農(nóng)業(yè)科學院作物資源研究所。通用營養(yǎng)土購自申之北園藝旗艦店，有機質含量為324 g/kg、總氮10.1 g/kg、有效磷24.06 mg/kg、速效鉀364 mg/kg，pH 6.29。

1.2 試驗方法

1.2.1 菌體制備 取甘油保存的SN3試管種，劃線培養(yǎng)于固體LB培養(yǎng)基平板上，37℃培養(yǎng)24 h，次日接種于液體LB培養(yǎng)基(250 mL錐形瓶，裝LB培養(yǎng)液100 mL)中，37℃、140 r/min搖床培養(yǎng)48 h，5 000 r/min離心10 min，分離收集菌體，分離后的發(fā)酵液4℃保存。之后，菌體用無菌蒸餾水振蕩清洗3次，相同條件下離心并收集干凈菌體，用無菌水稀釋并調整水量使菌懸液在600 nm下的OD值為0.8，4℃保存。

1.2.2 不同濃度NaCl脅迫下的種子萌發(fā)試驗試驗于2022年2—7月在吉林省農(nóng)業(yè)科學院作物資源研究所溫室大棚內(nèi)進行。將低溫保存的高粱種子于25℃下放置24 h，再選取顆粒飽滿一致、無蟲眼的種子，用無菌水沖洗3次、浸泡12 h，去掉漂浮種子后用0.2%高錳酸鉀溶液浸種20 min，無菌水沖洗3遍，備用。NaCl溶液配制:分別用無菌水配制出0、50、100、150、200、250、300 mmol/L的NaCl溶液，121℃滅菌15 min，冷卻至室溫備用。將高粱種子置于底部鋪有2層濾紙的發(fā)芽盤中，每盤20粒，分別加入不同濃度NaCl溶液15 mL，每個濃度處理重復3次。發(fā)芽盤置于人工氣候箱中，28℃、LED光/暗為14 h/10 h下培養(yǎng)。

1.2.3 菌株SN3對鹽脅迫下種子萌發(fā)的影響試驗 將篩選并經(jīng)消毒后的種子分別進行以下4個浸泡處理。其中，A處理:菌株發(fā)酵液(不含菌體)；B處理:菌懸液(不含發(fā)酵液)；C處理:LB液體培養(yǎng)液(不含菌體和發(fā)酵液)；D處理:無菌蒸餾水。高粱種子在不同處理液下浸泡8 h，然后置于底部鋪有2層濾紙的發(fā)芽盤中，每個發(fā)芽盤20粒，每個處理6盤。配制出0、150 mmol/L NaCl溶液。每個處理分成兩組，分別在2組發(fā)芽盤中倒入15 mL兩種NaCl溶液，各3盤，置于人工氣候箱中28℃、LED光/暗為14 h/10 h下培養(yǎng)。濾紙2天更換1次，同時倒入NaCl溶液15 mL。每隔12 h觀察高粱種子的發(fā)芽情況，用游標卡尺測量胚芽、胚根長度。具體試驗組別見表1。

1.2.4 菌株SN3對鹽脅迫下高粱幼苗生長的影響試驗 采用盆栽法在人工氣候室中進行試驗，幼苗生長條件為:28℃、LED光/暗為14 h/10 h、空氣濕度65%～75%。加侖盆高12cm，直徑16cm。每盆裝入營養(yǎng)土600 g，播10粒種子。設置8個處理，每個處理3盆，組別見表1。每天觀察種子萌發(fā)情況，當大部分幼苗高度大于3 cm時，開始進行鹽脅迫試驗，同時去掉弱苗，每盆留苗5株。第1天，每盆加入對應處理的SN3發(fā)酵液、SN3菌懸液、LB液體培養(yǎng)液、無菌蒸餾水50 mL，記為灌根處理第1次；5天后灌根第2次，常規(guī)管理；之后3天進行0、150 mmol/L NaCl溶液50 mL灌根處理，繼續(xù)常規(guī)管理。鹽脅迫15天時取幼苗，洗凈根部，分別測量苗高、莖粗。將幼苗地上、地下部分開，洗凈后用濾紙吸干表面水分，放入烘箱中105℃處理20 min后75℃烘干至恒重，分別稱取地上干重和地下干重。采用氯化三苯基四氮唑(TTC)法測定高粱幼苗根系活力[12]。

表1 鹽脅迫下高粱幼苗生長處理

1.3 測定項目及方法

1.3.1 高粱種子萌發(fā)指標測定 當胚根長度大于種子長度一半時，認定為該種子萌發(fā)。第一粒種子發(fā)芽后連續(xù)觀察10天，于第2天、第5天、第10天記錄種子的胚芽和胚根長度。

發(fā)芽率(%)＝10天發(fā)芽種子數(shù)/種子總數(shù)×100；

發(fā)芽勢(%)＝5天發(fā)芽種子數(shù)/種子總數(shù)×100；

發(fā)芽指數(shù)＝Σ(第n天發(fā)芽種子數(shù)/相應種子發(fā)芽天數(shù))；

活力指數(shù)＝發(fā)芽指數(shù)×(胚根長度＋胚芽長度)。

1.3.2 高粱幼苗生理生化指標測定 取幼苗根系，洗凈后用濾紙吸干表面水分。各組均稱取樣品0.1 g，放入1.5 mL離心管中，再分別加入4℃保存的磷酸鹽緩沖液0.9 mL，－80℃預凍8 h后在研磨器下制備成勻漿，再12 000 r/min低溫離心5min，吸取上清液用于相關指標測定?？扇苄蕴恰⒏彼?Pro)、丙二醛(MDA)、活性氧(ROS)含量和超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)、過氧化物酶(POD)活性采用南京建成生物工程研究所試驗盒測定。

1.3.3 高粱根系離子含量測定 取烘干幼苗根系，研磨后稱取粉末0.5 g，經(jīng)過微波消煮、灰化制備成待測樣品，用電感耦合等離子體法測定根系Na＋、K＋含量。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

試驗各項指標數(shù)據(jù)均測定3次，采用Microsoft Excel 2019進行處理，SPSS 19.0軟件進行相關性分析，Graphpad prism 8.0軟件作圖，單因素方差分析差異顯著性(P＜0.05)。

2 結果與分析

2.1 不同濃度NaCl脅迫對高粱種子發(fā)芽率的影響

由圖1可見，無菌蒸餾水處理種子發(fā)芽率達到93.78%，鹽脅迫顯著降低種子發(fā)芽率，且隨著NaCl濃度的增加發(fā)芽率降幅逐步增大，150 mmol/L NaCl處理下發(fā)芽率為57.67%，200 mmol/L NaCl時發(fā)芽率呈現(xiàn)斷崖式下降，300 mmol/L NaCl時發(fā)芽率僅為1.75%。通過SPSS回歸分析得到鹽脅迫下種子發(fā)芽率的IC50值為144.66 mmol/L，為便于統(tǒng)計，后續(xù)試驗選擇的NaCl脅迫濃度為150 mmol/L。

圖1 不同濃度NaCl脅迫對高粱種子發(fā)芽率的影響

2.2 菌株SN3對鹽脅迫下高粱種子萌發(fā)的影響

從表2可知，非鹽脅迫下，菌株發(fā)酵液＋水處理的高粱種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)均顯著高于其它處理(P＜0.05)，菌懸液＋水、LB液體培養(yǎng)液＋水、水＋水處理之間的種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)均無顯著差異，可見，SN3發(fā)酵液具有促進種子萌發(fā)的作用。

表2 不同處理高粱種子萌發(fā)情況

鹽脅迫下，菌株發(fā)酵液＋NaCl、菌懸液＋NaCl、LB液體培養(yǎng)液＋NaCl、水＋NaCl處理的種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)均顯著降低，可見，鹽脅迫顯著抑制高粱種子萌發(fā)。與水＋NaCl處理相比，菌懸液＋NaCl、LB液體培養(yǎng)液＋NaCl處理的種子萌發(fā)指標均無顯著差異，而菌株發(fā)酵液＋NaCl處理的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)分別提高44.23%、41.91%、86.70%、84.48%(P＜0.05)。推測菌株SN3在發(fā)酵培養(yǎng)過程中產(chǎn)生某些活性物質，有助于提高種子的萌發(fā)率，而單獨的菌懸液浸種因浸泡時間較短，菌株產(chǎn)生的活性物質含量低，未達到促進種子萌發(fā)的程度。

2.3 菌株SN3對鹽脅迫下高粱幼苗生長和根系活力的影響

由表3可以看出，非鹽脅迫下，LB液體培養(yǎng)液＋水、水＋水處理之間幼苗株高、莖粗、地上干重、地下干重均無顯著差異，可見，在本試驗條件下LB液體培養(yǎng)液對幼苗生長沒有明顯影響。與水＋水處理相比，菌株發(fā)酵液＋水、菌懸液＋水處理均顯著提高幼苗株高、莖粗、地上干重和地下干重，表明菌株發(fā)酵液和菌懸液對幼苗生長具有促進作用。與菌株發(fā)酵液＋水處理相比，菌懸液＋水處理進一步顯著提高株高、地上干重和地下干重，表明菌株發(fā)酵液中的活性物質只能短期促進幼苗生長，而SN3在高粱幼苗根系土壤中成功定殖后可不斷產(chǎn)生促生物質。

表3 SN3對鹽脅迫下高粱幼苗生長的影響

鹽脅迫下，菌株發(fā)酵液＋NaCl、菌懸液＋NaCl、LB液體培養(yǎng)液＋NaCl、水＋NaCl處理幼苗株高、莖粗、地上干重、地下干重均受到顯著抑制。與水＋NaCl相比，菌株發(fā)酵液＋NaCl、菌懸液＋NaCl處理幼苗株高、莖粗、地上干重、地下干重均顯著提高，分別提高32.62%、21.86%、62.69%、23.68%和66.90%、42.21%、77.99%、34.21%。與菌株發(fā)酵液＋NaCl相比，菌懸液＋NaCl處理幼苗生長指標進一步提高，說明菌懸液對幼苗的促生作用顯著大于單獨的菌株發(fā)酵液。

由圖2可知，4個鹽脅迫處理幼苗的根系活力均顯著低于非鹽脅迫處理。非鹽脅迫下，菌株發(fā)酵液＋水和菌懸液＋水處理的根系活力顯著高于LB液體培養(yǎng)液＋水和水＋水處理。鹽脅迫下，菌懸液＋NaCl處理幼苗的根系活力最高，其次是菌株發(fā)酵液＋NaCl處理，均顯著高于LB液體培養(yǎng)液＋NaCl、水＋NaCl處理。雖然鹽脅迫下菌株發(fā)酵液和菌懸液均能提高幼苗的根系活力，但仍難以恢復到非鹽脅迫水平。

圖2 不同處理對高粱幼苗根系活力的影響

2.4 菌株SN3對鹽脅迫下高粱幼苗根系細胞滲透調節(jié)物質含量的影響

可溶性糖和脯氨酸作為植物體內(nèi)重要的滲透調節(jié)物質，在植物受到非生物脅迫時會大量積累，降低細胞滲透勢，維持細胞結構穩(wěn)定，緩解外界環(huán)境造成的脅迫作用[13]。由圖3可知，非鹽脅迫下，高粱幼苗根系中兩種滲透調節(jié)物質含量維持在一個較低水平，菌株發(fā)酵液＋水、LB液體培養(yǎng)液＋水與水＋水處理間無顯著差異，而菌懸液＋水一定程度上提高兩種滲透調節(jié)物質含量。

圖3 不同處理高粱幼苗根系的可溶性糖和脯氨酸含量

鹽脅迫下，菌株發(fā)酵液＋NaCl、菌懸液＋NaCl、LB液體培養(yǎng)液＋NaCl、水＋NaCl處理可溶性糖和脯氨酸含量顯著高于對應的非鹽脅迫處理，可見，NaCl溶液灌根對幼苗產(chǎn)生嚴重的脅迫作用，導致根系可溶性糖和脯氨酸含量顯著上升。菌株發(fā)酵液＋NaCl、LB液體培養(yǎng)液＋NaCl、水＋NaCl處理根系脯氨酸含量不存在顯著差異，而菌株發(fā)酵液＋NaCl處理可溶性糖含量顯著高于LB液體培養(yǎng)液＋NaCl。與水＋NaCl相比，菌懸液＋NaCl處理可溶性糖和脯氨酸含量顯著上升，分別提高26.37%、37.25%。表明菌株SN3在高粱幼苗根系土壤中定殖產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物能刺激鹽脅迫下根系中可溶性糖和脯氨酸積累，從而降低滲透脅迫損傷，增強抗逆性。

2.5 菌株SN3對鹽脅迫下高粱幼苗根系中離子含量的影響

從表4中可知，非鹽脅迫下，菌株發(fā)酵液＋水、菌懸液＋水、LB液體培養(yǎng)液＋水、水＋水處理間高粱幼苗根系的K＋含量、Na＋含量、K＋/Na＋值均無顯著差異，K＋含量均大于24 mg/kg，Na＋含量均低于5 mg/kg，K＋/Na＋值均大于5。說明，非鹽脅迫下這4個處理的高粱幼苗根系中K＋、Na＋水平維持在一個平衡狀態(tài)，菌株發(fā)酵液、菌懸液灌根對根系離子平衡沒有顯著影響。

表4 不同處理高粱幼苗根系的離子含量

鹽脅迫下，菌株發(fā)酵液＋NaCl、菌懸液＋NaCl、LB液體培養(yǎng)液＋NaCl、水＋NaCl處理根系Na＋含量均顯著上升，K＋含量則顯著下降，K＋－Na＋平衡被嚴重打破，說明鹽脅迫對高粱幼苗根系產(chǎn)生嚴重的離子毒性。與水＋NaCl相比，菌株發(fā)酵液＋NaCl、菌懸液＋NaCl處理根系K＋含量顯著升高，分別提高33.29%、102.84%；Na＋含量則顯著降低，分別降27.74%、43.44%；K＋/Na＋比同樣顯著升高。表明鹽脅迫下SN3菌懸液和發(fā)酵液灌根均具有緩解鹽脅迫下根系離子失衡的作用，而菌懸液灌根效果更佳。

2.6 菌株SN3對鹽脅迫下高粱幼苗根系ROS、MDA含量的影響

從圖4可知，鹽脅迫處理(菌株發(fā)酵液＋NaCl、菌懸液＋NaCl、LB液體培養(yǎng)液＋NaCl、水＋NaCl)幼苗根系超氧陰離子(O2·－)產(chǎn)生速率和MDA含量均顯著高于非鹽脅迫處理(菌株發(fā)酵液＋水、菌懸液＋水、LB液體培養(yǎng)液＋水、水＋水)。

圖4 不同處理高粱幼苗根系的ROS、MDA含量

鹽脅迫下，與水＋NaCl相比，LB液體培養(yǎng)液＋NaCl處理根系O2·－產(chǎn)生速率和MDA含量無顯著差異，菌株發(fā)酵液＋NaCl、菌懸液＋NaCl處理O2·－產(chǎn)生速率和MDA含量顯著降低，分別降20.52%、22.93%和38.53%、51.53%。與菌株發(fā)酵液＋NaCl相比，菌懸液＋NaCl處理O2·－產(chǎn)生速率和MDA含量顯著降低，分別降22.66%和37.11%。表明SN3菌懸液和菌株發(fā)酵液灌根一定程度上能緩解鹽脅迫對高粱幼苗根系細胞產(chǎn)生的氧化應激作用，以SN3菌懸液的效果更好。

2.7 菌株SN3對鹽脅迫下高粱幼苗根系抗氧化酶活性的影響

圖5顯示，鹽脅迫下，菌株發(fā)酵液＋NaCl、菌懸液＋NaCl、LB液體培養(yǎng)液＋NaCl、水＋NaCl處理根系SOD、POD活性均顯著高于對應的非鹽脅迫處理，而CAT活性均低于對應的非鹽脅迫處理。非鹽脅迫下，菌株發(fā)酵液＋水、LB液體培養(yǎng)液＋水、水＋水處理之間SOD、CAT、POD活性無顯著差異，但均顯著低于菌懸液＋水處理?？梢?，SN3定殖在幼苗根系或土壤中，可以提高植株的抗氧化活性，從而降低鹽脅迫損傷。

圖5 不同處理高粱幼苗根系的抗氧化酶活性

無論鹽脅迫還是非鹽脅迫下，菌懸液處理的SOD、POD、CAT活性均顯著高于菌株發(fā)酵液、LB液體培養(yǎng)基及水處理，其次為菌株發(fā)酵液處理，表明菌株發(fā)酵液和菌懸液均能提高鹽脅迫下高粱幼苗根系的酶活性，且菌懸液的作用更強。

2.8 高粱幼苗根系氧化應激指標與根系活力、滲透調節(jié)物質的相關性分析

從表5可以看出，根系活力、K＋與SOD、CAT、POD、MDA、ROS呈顯著或極顯著負相關。高粱幼苗在受到NaCl脅迫時根系K＋含量會顯著降低，ROS大量積累對根系細胞造成氧化損傷，導致MDA含量增加，根系活力下降，此時體內(nèi)抗氧化酶系統(tǒng)被激活，SOD、CAT、POD活性升高，從而清除過多的氧自由基，維持細胞內(nèi)氧化和抗氧化平衡。SOD、POD、ROS與脯氨酸呈極顯著或顯著正相關，SOD、CAT、POD、MDA、ROS與可溶性糖、Na＋間均呈顯著或極顯著正相關，說明鹽脅迫會導致根系Na＋含量顯著上升，破壞根系離子平衡，植株會通過提高滲透調節(jié)物質(脯氨酸、可溶性糖)含量和抗氧化酶活性來提高抗逆性。

表5 高粱幼苗根系氧化應激指標與根系活力、滲透調節(jié)物質的相關系數(shù)

3 討論

3.1 枯草芽孢桿菌SN3對鹽脅迫下高粱幼苗的抗鹽促生作用

研究表明，枯草芽孢桿菌對非生物脅迫(高鹽、干旱、水淹等)具有較強的耐受性，且能協(xié)同提高根際植物的抗逆性[14，15]。陸葉[16]研究發(fā)現(xiàn)枯草芽孢桿菌對鹽脅迫下的紫花苜蓿種子萌發(fā)和幼苗生長具有明顯的促進作用；Hamid等[17]研究發(fā)現(xiàn)枯草芽孢桿菌Y16可通過提高鹽脅迫下向日葵的K＋與Na＋比來緩解鹽脅迫作用；Qi等[18]研究發(fā)現(xiàn)枯草芽孢桿菌可以通過提高黃瓜體內(nèi)抗氧化酶活性來減輕鹽脅迫作用，這些研究結果均表明枯草芽孢桿菌具有較強的緩解植物鹽脅迫的作用。本研究結果顯示，枯草芽孢桿菌SN3的發(fā)酵液能夠顯著提高高粱種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)；菌株發(fā)酵液和菌懸液都能促進高粱幼苗生長，顯著提高根系活力。其原因可能是SN3在發(fā)酵和土壤定殖過程中產(chǎn)生了某些生物活性物質，如生長素、細胞分裂素、赤霉素等，激活了種子的休眠，促進根系生長，從而提高種子和幼苗的抗逆性。李麗艷等[19]研究表明，從鹽地堿蓬篩選獲得的耐鹽促生芽孢桿菌具有較強的分泌生長素能力，從而促進燕麥生長；高亞慧[20]篩選獲得的芽孢桿菌可通過分泌生長素、水楊酸、赤霉素對煙草產(chǎn)生促生作用。另有原因可能是，SN3在土壤中具有溶磷、解鉀、分泌鐵載體等作用，可為植株生長提供更全面的營養(yǎng)元素，進而促進幼苗生長[21，22]。

3.2 枯草芽孢桿菌SN3對鹽脅迫下高粱幼苗根系的滲透調節(jié)作用

鹽脅迫對植物的毒害作用之一就是使根系細胞內(nèi)滲透勢增強，導致根系水分吸收受阻，進而影響植物的新陳代謝能力[23]。可溶性糖、脯氨酸作為植物體內(nèi)重要的滲透調節(jié)物質，鹽脅迫時會起著重要的調節(jié)作用。Wang等[24]研究發(fā)現(xiàn)，鹽脅迫下玉米幼苗體內(nèi)可溶性糖和脯氨酸含量會顯著上升，以此起著緩解鹽脅迫作用；Rashedy等[25]研究發(fā)現(xiàn)，鹽脅迫下葉面噴施脯氨酸溶液可提高石榴植株的滲透調節(jié)作用，從而提高產(chǎn)量。另有研究表明，鹽脅迫下植株體內(nèi)積累的滲透調節(jié)物質可降低細胞內(nèi)的滲透勢，使根系吸收的水分朝植物生長方向運輸，進而調節(jié)植株適應鹽脅迫環(huán)境的能力，提高抗逆性[26，27]。本研究結果顯示，鹽脅迫下高粱幼苗根系可溶性糖、脯氨酸含量均顯著高于非鹽脅迫處理，枯草芽孢桿菌SN3發(fā)酵液和菌懸液灌根后根系滲透調節(jié)物質含量進一步提高，且后者的滲透調節(jié)物質含量顯著高于前者。這表明菌株SN3在根系或土壤中成功定殖后誘導產(chǎn)生了大量活性代謝產(chǎn)物，繼而使高粱幼苗表現(xiàn)出較強的抗?jié)B透脅迫能力。

植物生長發(fā)育離不開N、P、K等元素，這些營養(yǎng)元素不僅可以為植物合成各種代謝物質提供碳骨架，還在滲透調節(jié)中起著重要作用。鹽脅迫會導致根系吸收大量的Na＋，Na＋是誘導植物產(chǎn)生離子毒害的主要離子，細胞質中大量的Na＋會排斥其它離子如K＋，嚴重影響植物吸收其它礦質元素，從而使植株出現(xiàn)缺素癥。研究表明，植物細胞質內(nèi)K＋含量高低與植物的耐鹽性呈顯著相關性，細胞質內(nèi)K＋/Na＋值越高，植株的耐鹽性越強[28，29]。本研究結果顯示，鹽脅迫下高粱幼苗根系Na＋含量顯著升高，K＋含量顯著降低，K＋/Na＋值隨之降低；用枯草芽孢桿菌SN3發(fā)酵液和菌懸液灌根后，幼苗根系K＋含量顯著上升，Na＋含量降低，K＋/Na＋值隨之升高，說明兩處理具有調節(jié)根系離子平衡的作用，可提高植株的耐鹽性。

3.3 枯草芽孢桿菌SN3對鹽脅迫下高粱幼苗根系氧化應激的作用

研究表明，鹽脅迫下植物體內(nèi)產(chǎn)生的大量活性氧(ROS)對細胞造成氧化損傷，通過攻擊植物體內(nèi)核酸、蛋白質、脂肪等產(chǎn)生脂質過氧化物丙二醛(MDA)，而MDA又會進一步使細胞膜發(fā)生脂質過氧化，導致膜的通透性增大，大量有害物質進入胞內(nèi)，從而使植物的生理代謝功能發(fā)生紊亂[30]。為了維持細胞的氧化平衡，植物體內(nèi)的抗氧化酶系統(tǒng)會被激活，表現(xiàn)為:SOD活性增強，將超氧陰離子(O2·－)分解成H2O2；CAT和POD活性也隨之增強，將產(chǎn)生的H2O2進一步氧化分解成水，從而消除細胞的氧化應激損傷[31]。研究表明，鹽脅迫下植物體內(nèi)ROS、MDA含量和抗氧化酶活性均會明顯提高，施加外源芽孢桿菌菌劑后，體內(nèi)抗氧化酶活性會進一步提高，而ROS、MDA含量會顯著降低，從而緩解鹽脅迫作用[32]；Ali等[33]研究顯示，鹽脅迫下添加芽孢桿菌(PM25)可進一步提高玉米幼苗體內(nèi)抗氧化酶相關基因的表達，使抗氧化酶水平顯著升高，從而緩解鹽脅迫造成的細胞氧化損傷；Azeem等[34]研究表明，耐鹽芽孢桿菌(PM22)顯著提高鹽脅迫下玉米植株的抗氧化酶活性，降低H2O2、MDA含量。本研究結果表明，枯草芽孢桿菌SN3發(fā)酵液和菌懸液均能顯著降低根系O2·－的產(chǎn)生速率和MDA含量，還顯著提高根系SOD、CAT、POD活性，繼而降低細胞的氧化應激作用，提高高粱的鹽脅迫抗性；且鹽脅迫下SN3菌懸液灌根的作用效果顯著高于發(fā)酵液，說明SN3可在150 mmol/L NaCl脅迫土壤中成功定殖，可作為生物菌劑在鹽堿地區(qū)用于提高植物的耐鹽性。

4 結論

本研究表明，150 mmol/L NaCl脅迫會嚴重抑制高粱種子萌發(fā)和幼苗生長，且鹽濃度越高，抑制作用越強；鹽脅迫下幼苗根系活力顯著降低，ROS、MDA含量則顯著上升，根系K＋－Na＋平衡被打破，雖激活了抗氧化酶系統(tǒng)，促進了滲透調節(jié)物質積累，但無法抵御鹽脅迫損傷，導致幼苗的生理代謝受阻?？莶菅挎邨U菌SN3發(fā)酵液和菌懸液灌根則能顯著提高鹽脅迫下高粱幼苗的根系活力，促進根系可溶性糖、脯氨酸的積累，提高K＋/Na＋值，降低根系的滲透脅迫，維持細胞內(nèi)外生理平衡，同時，還顯著降低根系ROS、MDA含量，提高抗氧化酶(SOD、CAT、POD)活性，從而有效緩解鹽脅迫損傷，提高高粱幼苗的抗鹽性，促進其生長。