馬成英，趙文娜，韓虎強(qiáng)，張相鋒

（伊犁師范大學(xué)/伊犁師范大學(xué)微生物資源保護(hù)與開發(fā)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆伊寧 835000）

糧食短缺是21 世紀(jì)全球關(guān)注的主要問題之一。為了滿足日益增長(zhǎng)人口對(duì)糧食的需求，必須采取有效措施提高農(nóng)業(yè)的可持續(xù)性。據(jù)估計(jì)，全世界有36%的人口依靠農(nóng)業(yè)獲得食物和經(jīng)濟(jì)收入。目前，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)受到氣候變化的影響較大，容易使糧食安全受到威脅[1]。氣候變化對(duì)農(nóng)業(yè)影響取決于許多因素，如溫度、天氣、降水、大氣中的二氧化碳等，這些因素要么導(dǎo)致低產(chǎn)量，要么導(dǎo)致植物的損傷。另據(jù)報(bào)道，全球大約有6%土地受到鹽漬化的嚴(yán)重影響，其中有20%世界灌溉地和2%旱地受到鹽漬化的影響[2-4]。

土壤鹽漬化會(huì)對(duì)植物造成滲透和離子脅迫，從而抑制植物的生長(zhǎng)。滲透脅迫是由于細(xì)胞外的高滲環(huán)境而暴露在鹽度下立即產(chǎn)生的，而離子脅迫則是由于細(xì)胞內(nèi)Na+和Cl-離子在一定時(shí)期積累后產(chǎn)生的。滲透脅迫影響細(xì)胞內(nèi)的水分平衡，降低細(xì)胞膨壓、抑制細(xì)胞伸長(zhǎng)和細(xì)胞分裂。Munns 報(bào)道，離子脅迫改變了細(xì)胞內(nèi)離子穩(wěn)態(tài)，導(dǎo)致激素狀態(tài)、蒸騰、光合作用、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)等新陳代謝過程的改變[5]。目前，對(duì)植物耐鹽性的研究集中在維持鹽平衡和離子穩(wěn)態(tài)上，傳統(tǒng)耐鹽品種育種方法由于周期長(zhǎng)、產(chǎn)出率低，大多數(shù)科學(xué)家已不再采用；在植物耐鹽性維持研究方面，基因工程技術(shù)可能是有效的，但成本較高。在開發(fā)鹽堿地過程中，通過土壤中有益微生物增加植物耐鹽性是一種有效的替代方法[6]，植物根際的微生物對(duì)植物的生長(zhǎng)和耐鹽性有顯著的促進(jìn)作用，這些微生物增強(qiáng)了土壤-水分-植物之間的關(guān)系，控制了植物激素信號(hào)，并觸發(fā)了其他一些機(jī)制，最終以綜合的方式增強(qiáng)植物的耐鹽性和抗旱性[7-8]。植物益生菌主要包括促進(jìn)植物生長(zhǎng)的細(xì)菌（PGPB）、叢枝菌根真菌（AMF）和其他內(nèi)生菌。然而，對(duì)微生物介導(dǎo)的植物促生機(jī)制方面需要進(jìn)一步深入的研究。

目前越來越多研究表明，植物對(duì)脅迫的耐受能力與其相伴的微生物有密切關(guān)系[9-11]。然而，在干旱、鹽堿、重金屬和極端條件下，大多數(shù)微生物對(duì)植物生長(zhǎng)并無益處，它們也無法在極端條件下生存，這給研究人員開發(fā)適用于這種極端條件的生物菌劑帶來了挑戰(zhàn)[8,12]。本研究特別關(guān)注了內(nèi)生細(xì)菌在植物耐鹽脅迫中的作用，并簡(jiǎn)要介紹了土壤鹽堿化及微生物在植物鹽脅迫中的耐鹽機(jī)制，以及全面綜述了利用植物內(nèi)生菌對(duì)抗鹽脅迫的研究和在鹽脅迫條件下如何開發(fā)植物內(nèi)生菌促生潛力。這些信息將有助于提高人們對(duì)內(nèi)生菌的認(rèn)識(shí)，以便開展收集植物益生內(nèi)生菌增強(qiáng)植物抵抗鹽脅迫研究的數(shù)據(jù)，進(jìn)而指導(dǎo)和促進(jìn)鹽堿環(huán)境下的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和實(shí)踐。

1 土壤鹽堿化的原因

土壤鹽堿化是限制作物產(chǎn)量的主要因素，也是造成作物損失的最大因素。不同植物耐鹽度閾值是不同的。土壤鹽堿化是由自然和人為活動(dòng)引起的，自然過程是造成鹽度升高的主要原因，次生鹽漬化是由于人類不科學(xué)農(nóng)業(yè)活動(dòng)所導(dǎo)致，如不規(guī)范低質(zhì)量水灌溉、土地清理、排水不暢和其他不良農(nóng)業(yè)措施。與旱地相比，灌溉地更容易發(fā)生鹽堿化，灌溉導(dǎo)致鹽堿化是一個(gè)嚴(yán)重問題，因?yàn)楣喔韧恋貫槭澜缣峁┝舜罅康募Z食。鹽分積累使土壤物理?xiàng)l件惡化，堿度增加，在高鹽度下，土壤中Ca2+和Mg2+等陽離子被Na+離子所取代，從而增加了土壤顆粒的分散性。此外，鹽分還通過降低共生細(xì)菌的固氮酶活性對(duì)結(jié)瘤過程產(chǎn)生負(fù)面影響，從而導(dǎo)致植物含氮量降低[13]。因此，鹽分不僅影響作物生產(chǎn)力，而且對(duì)土壤微生物也會(huì)產(chǎn)生負(fù)面影響。

2 植物耐鹽機(jī)理

植物天生具有應(yīng)對(duì)不同脅迫條件的能力。根據(jù)抗鹽脅迫能力，植物可分為兩類：非鹽生植物和鹽生植物。非鹽生植物是鹽敏感植物，對(duì)鹽脅迫耐受能力很低，而鹽生植物能耐受高濃度鹽分。大多數(shù)作物對(duì)鹽敏感，屬于非鹽生植物。植物抗性水平取決于其遺傳特性和相關(guān)的生物因子。植物有自己的免疫系統(tǒng)，其中不同的生理機(jī)制在一個(gè)信號(hào)級(jí)聯(lián)中起作用，并誘導(dǎo)對(duì)脅迫的耐受。此外，植物相關(guān)微生物在逆境條件下對(duì)植物的生存也起著關(guān)鍵作用[9]。

2.1 植物自身系統(tǒng)耐鹽性

植物通過質(zhì)膜受體感知脅迫信號(hào)，進(jìn)而啟動(dòng)不同信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，涉及脅迫從根到芽的遠(yuǎn)距離信號(hào)傳遞。在鹽脅迫下，植物根系首先感受到鹽的滲透脅迫和離子脅迫，并迅速對(duì)變化的信號(hào)產(chǎn)生反應(yīng)。植物對(duì)鹽分的反應(yīng)是改變其生理、生化和分子機(jī)制。滲透脅迫過程中，植物通過降低細(xì)胞伸長(zhǎng)和細(xì)胞分裂，抑制幼葉生長(zhǎng)、枝條和側(cè)根形成，關(guān)閉氣孔等表型變化來維持水分含量。此外，植物在鹽脅迫下保持莖根比得以生存，因?yàn)檩^重根會(huì)積累更多的鹽，并且不允許轉(zhuǎn)移到植物上部[14]。其次，植物的這些表型變化受生長(zhǎng)素、赤霉素、細(xì)胞分裂素、脫落酸和乙烯等不同的激素控制[15]。植物激素的產(chǎn)生是相互依賴的，并在綜合信號(hào)通路中發(fā)揮作用。

在細(xì)胞水平上，鹽離子被隔離在液泡中，擾亂了細(xì)胞的滲透平衡。結(jié)果水從細(xì)胞質(zhì)滲出到細(xì)胞外空間，導(dǎo)致細(xì)胞脫水。為了保持這種滲透壓，植物在細(xì)胞質(zhì)中積累低分子量的有機(jī)化合物，這些化合物與代謝活性相容，稱為相容性溶質(zhì)。滲透脅迫過程中積累主要溶質(zhì)是脯氨酸、甘氨酸甜菜堿、海藻糖、甘露醇和蔗糖[16]。相容溶質(zhì)也起著生物膜、蛋白質(zhì)和酶的滲透保護(hù)劑作用，它們有助于在脫水條件下穩(wěn)定亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)，清除自由基，保護(hù)植物免受氧化損傷。

隨著滲透脅迫出現(xiàn)，植物光合速率下降，氣孔進(jìn)一步關(guān)閉，葉面積減少，以防止水分流失。植物細(xì)胞有一種機(jī)制來降低活性氧濃度，增加所產(chǎn)生的毒性，細(xì)胞產(chǎn)生抗氧化物質(zhì)能清除活性氧，并將其轉(zhuǎn)化為非活性形式。在脅迫條件下，抗氧化酶活性的增強(qiáng)被認(rèn)為是植物的一種耐受機(jī)制[17]?？箟难岷凸入赘孰暮恳脖粓?bào)道在鹽脅迫下增加[17-18]。此外，植物次生代謝產(chǎn)物，如生育酚、類胡蘿卜素、類黃酮、多胺和酚類化合物，對(duì)氧化應(yīng)激具有保護(hù)作用[19]。在長(zhǎng)時(shí)間鹽脅迫下，植物會(huì)受到離子脅迫的影響，Na+大量積累會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞毒性。為了避免Na+毒性，植物采取了2 種不同的機(jī)制：一是增加細(xì)胞內(nèi)的隔室或空泡隔離，二是增加Na+的濃度[20]，這些機(jī)制的效率決定了植物耐鹽性。糖原植物通過排除根中的鹽來維持Na+活性，而鹽生菌通過使用液泡膜的Na+/H+泵來改善離子區(qū)隔[21]。此外，植物激活高親和力的K+轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（HKT），抑制根系對(duì)Na+的吸收[22]。HKT 使K+離子高于Na+離子，從而提高植物的耐鹽性。

2.2 生境增強(qiáng)植物耐鹽性

植物在逆境條件下通過與微生物共生而改善營(yíng)養(yǎng)，這種現(xiàn)象被稱為生境適應(yīng)共生[23]。共生組合是由存在于土壤中大量微生物組成的，如細(xì)菌、古細(xì)菌和真菌等。這些微生物有潛力適應(yīng)脅迫環(huán)境，當(dāng)它們與寄主植物聯(lián)系在一起時(shí)，有助于促進(jìn)植物生長(zhǎng)。微生物促進(jìn)植物生長(zhǎng)的機(jī)制有直接和間接2 種，在直接作用機(jī)制中，微生物通過營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的增溶、固氮和鐵載體的產(chǎn)生以及植物組織內(nèi)激素水平的調(diào)節(jié)，來提高植物對(duì)養(yǎng)分的吸收效率；在間接作用機(jī)制上，微生物降低了病原菌侵染對(duì)植物的破壞作用。有報(bào)道，PGPB 介導(dǎo)揮發(fā)性有機(jī)化合物可以提高植物在脅迫條件下的耐性和促進(jìn)生長(zhǎng)[24]。

在植物抗逆促生作用中，內(nèi)生微生物比根際微生物更有效，因?yàn)檫@些微生物駐留在植物組織內(nèi)，并與植物細(xì)胞接觸，發(fā)揮直接的有益作用[25-26]。有研究表明，在高鹽條件下生長(zhǎng)的鹽角草屬植物相關(guān)微生物群能夠抵抗不同的非生物脅迫，并能促進(jìn)鹽和干旱條件下植物生長(zhǎng)[27]。耐鹽植物內(nèi)生菌是PGPB 的良好來源，應(yīng)大力開發(fā)其在農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中的應(yīng)用，促進(jìn)作物耐鹽性[28-29]。在這方面，Sorty 等[29]報(bào)告了與鹽生植物補(bǔ)骨脂相關(guān)的內(nèi)生細(xì)菌腸桿菌菌株，有提高鹽脅迫下小麥種子活力指數(shù)的潛力。此外，內(nèi)生細(xì)菌群落能夠保護(hù)植物免受植物病原菌的侵?jǐn)_，它們通過產(chǎn)生多種化合物，如抗生素和水解酶，抑制病原菌的生長(zhǎng)并誘導(dǎo)植物產(chǎn)生抗性[31]。

3 內(nèi)生細(xì)菌及其多樣性

植物根際微環(huán)境是各種潛在細(xì)菌的貯存庫，內(nèi)生細(xì)菌構(gòu)成植物根際細(xì)菌群落的一部分。Galippe 首先提出根際存在的細(xì)菌有可能進(jìn)入植物細(xì)胞和組織[32]。后來，一些研究證實(shí)植物內(nèi)部通常有一系列內(nèi)生細(xì)菌定殖[33-36]。這些研究表明，內(nèi)生菌不僅在根際有定殖作用，而且在根、莖、葉、花、果和籽等不同的植物組織中也有定殖作用。一般來說，最豐富的內(nèi)生細(xì)菌群落是變形桿菌（～50%），其次是厚壁菌（～10%）、放線菌（～0%）和細(xì)菌（～10%）。最常見的內(nèi)生菌屬有芽孢桿菌屬、伯克霍爾德菌屬、假單胞菌屬、寡養(yǎng)單胞菌、微球菌屬、泛菌屬和微桿菌屬[37-40]。

內(nèi)生細(xì)菌群落進(jìn)入植物組織的主要切入點(diǎn)是通過初生根和相關(guān)的側(cè)根，從而進(jìn)入組織傷口。因此，內(nèi)生細(xì)菌的種群密度因組織而異。另一項(xiàng)研究報(bào)告稱，植物與內(nèi)生細(xì)菌群落之間的聯(lián)系是通過各種化合物的作用介導(dǎo)的，這些化合物通常由微生物和宿主細(xì)胞產(chǎn)生[41]。內(nèi)生菌定殖方式也可分為專性定殖、兼性定殖和被動(dòng)定殖。專性細(xì)菌只存在于種子中，能定植整個(gè)植物；兼性細(xì)菌是從土壤中產(chǎn)生的，當(dāng)找到合適的條件時(shí)，它們會(huì)在植物上定殖；一些細(xì)菌通過傷口和裂縫進(jìn)入植物，被稱為被動(dòng)定植模式。此外，根瘤菌也是內(nèi)生菌，在植物內(nèi)部組織定植并形成根瘤，進(jìn)行固氮過程。Companyt 等[35]證明一種內(nèi)生細(xì)菌伯克霍爾德菌（Burkholderia phytocfirmans）產(chǎn)生了內(nèi)切葡聚糖酶和內(nèi)聚半乳糖醛酸酶化合物，它們與局部細(xì)胞壁降解有關(guān)，并有助于細(xì)菌通過裂縫進(jìn)入和細(xì)菌細(xì)胞穿過內(nèi)胚層進(jìn)入木質(zhì)部，隨后在根內(nèi)部定殖。近年來，有研究者研究發(fā)現(xiàn)一些內(nèi)生細(xì)菌與植物內(nèi)生真菌共生現(xiàn)象。Desirò等[42]證明與柔膜細(xì)菌相關(guān)的內(nèi)生細(xì)菌直接嵌入到內(nèi)生毛霉真菌中，這是一種新的植物共生體。

內(nèi)生菌的多樣性是通過培養(yǎng)依賴和培養(yǎng)獨(dú)立的亞基因組方法來實(shí)現(xiàn)的。直接從植物組織中擴(kuò)增微生物DNA 和現(xiàn)代生物信息學(xué)工具的應(yīng)用為細(xì)菌內(nèi)生菌的分析提供了更好的方法。此外，不依賴培養(yǎng)的技術(shù)提供了對(duì)微生物群落更深入的分析，有助于提高我們對(duì)特定植物中微生物群落多樣性的理解。最近，許多研究通過宏基因組方法，廣泛收集了一些有關(guān)內(nèi)生細(xì)菌群落多樣性的信息[43-46]。此外，基因富集策略和16S rRNA 基因文庫技術(shù)也為研究不同農(nóng)業(yè)植物的微生物群提供了有效手段[47-49]。

內(nèi)生菌的多樣性易受農(nóng)事活動(dòng)等生物和非生物因素的直接或間接影響。耕作和灌溉等農(nóng)業(yè)農(nóng)事活動(dòng)改變了土壤特性，如破壞、壓實(shí)、孔隙大小等，從而破壞了土壤微生物多樣性。農(nóng)藥和化肥的過量使用直接抑制了土壤微生物的生長(zhǎng)，導(dǎo)致土壤微生物總體數(shù)量的下降。此外，內(nèi)生群落還受到微生物-微生物及植物-微生物互作的影響。植物生理狀態(tài)差異和植物根系分泌物成分的變化，也可能會(huì)影響內(nèi)生細(xì)菌的生長(zhǎng)。

總而言之，上述研究表明細(xì)菌能夠在整個(gè)植物的內(nèi)部定殖。但根與土壤的關(guān)系最為密切，是內(nèi)生細(xì)菌侵染的主要場(chǎng)所。此外，植物根系作為一個(gè)“門通道”來對(duì)大量多樣微生物進(jìn)行篩選，并使植物組織只招募有益的微生物。因此，與植物內(nèi)生微生物群落相比，根際微生物群落更為復(fù)雜。

4 內(nèi)生細(xì)菌在作物鹽脅迫適應(yīng)中的作用

內(nèi)生細(xì)菌已被成功地用于克服鹽脅迫的負(fù)面影響，促進(jìn)植物在逆境條件下生長(zhǎng)。植物內(nèi)生菌主要是通過滲透調(diào)節(jié)、解毒、激素調(diào)節(jié)和養(yǎng)分獲取等生理活動(dòng)，減輕鹽脅迫的危害。

4.1 滲透調(diào)節(jié)劑和抗氧化物的積累

植物內(nèi)生菌通過滲透劑和抗氧化劑的積累，穩(wěn)定細(xì)胞成分和清除自由基來減少鹽脅迫對(duì)植物的影響。據(jù)報(bào)道，有節(jié)桿菌屬和芽孢桿菌屬2 種內(nèi)生菌株，在滲透脅迫下刺激辣椒植株脯氨酸含量的積累，還可以調(diào)節(jié)辣椒植株中的脅迫誘導(dǎo)基因，緩解了滲透脅迫條件[50]。近期，Abd Allah 等[51]研究了鹽漬條件下內(nèi)生細(xì)菌枯草芽孢桿菌BERA 71 對(duì)鷹嘴豆植株的影響，與未接種細(xì)菌的植物相比，接種植物表現(xiàn)出更高的抗氧化酶、SOD、POD、CAT 和GR 活性、非酶抗氧化劑、抗壞血酸和谷胱甘肽以及總酚含量。

4.2 脫氨酶活性

乙烯在植物脅迫響應(yīng)信號(hào)中起著中介作用。低含量乙烯對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育很重要，而脅迫誘導(dǎo)條件下乙烯的積累通常會(huì)抑制植物生長(zhǎng)[52]。ACC 是乙烯生產(chǎn)的前體，在ACC 氧化酶的催化下轉(zhuǎn)化為乙烯[53]。內(nèi)生細(xì)菌通過ACC 脫氨酶活性調(diào)節(jié)植物體內(nèi)乙烯的產(chǎn)生。在這一機(jī)制中，細(xì)菌作為ACC 儲(chǔ)存庫，降低植物體內(nèi)ACC 的水平，并在脅迫條件下防止乙烯抑制植物生長(zhǎng)。據(jù)報(bào)道，大多數(shù)ACC 脫氨酶產(chǎn)生菌來自根際，它們能夠有效保護(hù)植物免受生物和非生物脅迫的危害[54-56]。然而，含有ACC 脫氨酶活性的內(nèi)生細(xì)菌在脅迫條件下可能是一種很好的植物生長(zhǎng)促進(jìn)劑，因?yàn)樗鼈冊(cè)诿總€(gè)特定位置阻止乙烯的產(chǎn)生[57]。有研究表明，從鹽生植物補(bǔ)血草分離到的ACC 脫氨酶內(nèi)生細(xì)菌種類很多，主要有孢桿菌、假單胞菌、克雷伯菌、沙雷氏菌、節(jié)桿菌、鏈霉菌、白蟻菌和微桿菌等，這些細(xì)菌能夠顯示出與高鹽濃度相關(guān)的ACC 脫氨酶特性，ACC 脫氨酶活性降低了鹽脅迫對(duì)寄主植物的氧化和滲透損傷[58]。Lowman等[59]在不同區(qū)域的實(shí)地研究中評(píng)估了柳枝稷草中的內(nèi)生植物伯克霍爾德菌PsJN 的產(chǎn)生ACC 脫氨酶能力。

除了應(yīng)激反應(yīng)外，乙烯還調(diào)節(jié)植物組織內(nèi)生定殖，較高的乙烯含量會(huì)降低細(xì)菌與其寄主植物的定殖效率[60]。Iniguez 等[61]2005 年進(jìn)行了一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，通過建立肺炎克雷伯菌342 株與截形苜蓿的內(nèi)生關(guān)系，發(fā)現(xiàn)細(xì)菌與植物的定殖受乙烯的控制。因此，ACC 脫氨酶活性可能有助于降低植物體內(nèi)乙烯水平，從而提高PGPB 內(nèi)生菌的定殖效率?？偟膩碚f，內(nèi)生細(xì)菌產(chǎn)生的ACC 脫氨酶降低了植物體內(nèi)乙烯水平，減輕了在該激素脅迫條件下的破壞作用。

4.3 植物激素調(diào)節(jié)

植物內(nèi)生細(xì)菌還可以調(diào)節(jié)植物體內(nèi)必需的植物激素水平，為植物提供增益作用，并在脅迫條件下促進(jìn)生長(zhǎng)。最近一項(xiàng)研究表明，細(xì)菌內(nèi)生菌溶淀粉芽孢桿菌RWL-1 產(chǎn)生ABA，有可能提高水稻植株的耐鹽性[62]。接種RWL-1 顯著提高了水稻植株必需氨基酸的含量，誘導(dǎo)植株內(nèi)源水楊酸的產(chǎn)生，有助于水稻在鹽脅迫下的存活。赤霉素作為促生長(zhǎng)激素在促進(jìn)芽的生長(zhǎng)中發(fā)揮作用。鞘氨醇單胞菌（Sphingomonas sp.LK11）是從豆科植物載堿毛豆中分離得到一種內(nèi)生細(xì)菌，具有產(chǎn)生赤霉素的能力。該菌株的殺菌作用可以促進(jìn)番茄植株生長(zhǎng)和葉綠素含量增加[63]。Vendan 等[64]從人參莖中分離出了51 種顯示IAA 產(chǎn)生活性的內(nèi)生細(xì)菌。這些內(nèi)生菌主要是厚壁菌、放線菌、α-蛋白細(xì)菌和γ-蛋白細(xì)菌。Bhore 等[65]從憂遁草中分離了產(chǎn)生細(xì)胞分裂素的內(nèi)生菌，即樹脂假單胞菌和多粘菌。將這些細(xì)菌培養(yǎng)物的提取物接種到黃瓜子葉中進(jìn)行離體培養(yǎng)，并顯示出促進(jìn)植物生長(zhǎng)的作用?？傮w來講，植物內(nèi)生菌通過調(diào)節(jié)其寄主植物的激素信號(hào)，促進(jìn)植物生長(zhǎng)和提高脅迫條件下的耐受性。

4.4 提高養(yǎng)分吸收效率

化肥使用的不平衡造成了許多嚴(yán)重環(huán)境問題，對(duì)于農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展來講，微生物基肥料是替代純化學(xué)肥料的良好資源。內(nèi)生菌能夠溶解一些礦物質(zhì)并將大氣中的氮固定到植物體內(nèi)。本研究主要討論植物主要的營(yíng)養(yǎng)成分和內(nèi)生菌對(duì)它們的吸收促進(jìn)。

4.4.1 氮。氮是核酸和蛋白質(zhì)合成的重要組成部分，對(duì)生物體生長(zhǎng)和健康起著至關(guān)重要的作用。在農(nóng)田中，氮肥占作物總肥料的30%。此外，30%～50%的氮源于土壤微生物對(duì)大氣中氮的生物固氮作用。內(nèi)生細(xì)菌比根際細(xì)菌有更高的固氮效率，因?yàn)橹参飪?nèi)部為其提供了一個(gè)低氧環(huán)境，這是固氮的必要條件。然而，它們對(duì)植物氮庫的貢獻(xiàn)有多大還需要進(jìn)一步研究。在豆科植物中，在根瘤形成過程中，固氮酶將大氣中的氮還原為氨。根瘤中的微生物被稱為根瘤菌，屬于不同的屬，如根瘤菌、中華根瘤菌、緩生根瘤菌、中根瘤菌、偶氮根瘤菌等。Sessitsch 等[48]在水稻內(nèi)生菌宏基因組研究中發(fā)現(xiàn)，根內(nèi)菌群具有固氮相關(guān)基因，提示這些內(nèi)生菌可能參與了氮循環(huán)過程。Puri 等[66]分離鑒定出多粘類芽孢桿菌（Paenibacillus polymyxa）P2b-2R，它能夠定殖玉米植株的根際和內(nèi)部并促進(jìn)其生長(zhǎng)。

4.4.2 磷。磷是限制植物生長(zhǎng)的主要營(yíng)養(yǎng)元素之一，它在植物生物量積累中有著重要的作用。大多數(shù)磷以固定化形式存在，不能直接被植物利用。許多具有溶磷活性的微生物已經(jīng)被分離出來，它們可以幫助植物更有效地利用磷肥，這些微生物可以在植物根表面和組織內(nèi)部定殖。Dias 等[67]從草莓中分離出2 種能夠溶解磷酸鹽和促進(jìn)植物生長(zhǎng)的細(xì)菌內(nèi)生菌，即枯草芽孢桿菌和巨大芽孢桿菌。

4.4.3 鐵。鐵是植物必需微量元素，參與許多酶促反應(yīng)。它以高度不溶性氫氧化物形式存在于土壤中，不能直接被植物利用。Choudhary 等[1]研究表明，土壤微生物有能夠螯合鐵，并通過鐵載體將其轉(zhuǎn)化為可溶性復(fù)合物，使其可被植物利用[1]。這些微生物有助于植物在低鐵土壤中生存。Sessitsch 等[48]在一項(xiàng)研究中證實(shí)，水稻根微生物的基因組中含有豐富的鐵載體合成、接收和鐵儲(chǔ)存相關(guān)蛋白質(zhì)的基因，內(nèi)生菌通過這些基因的表達(dá)幫助植物吸收鐵。

5 展望

微生物介導(dǎo)的植物抗逆性是一種生態(tài)友好的方法，可以更好地促進(jìn)植物生長(zhǎng)和提高產(chǎn)量。益生菌是農(nóng)用化肥和農(nóng)藥的最好替代品。目前研究植物益生菌大多是自然界中的根際微生物，其中小部分是內(nèi)生菌。Companyt 等[68]指出根際微生物受到環(huán)境因素的影響較大，在脅迫條件下會(huì)失去促進(jìn)植物生長(zhǎng)的能力，而內(nèi)生菌由于免受外部環(huán)境中的生物和非生物因素影響，比根際微生物更具優(yōu)勢(shì)。因此，內(nèi)生菌已成為逆境條件下促進(jìn)植物生長(zhǎng)和提高產(chǎn)量的潛在工具，有必要將研究重點(diǎn)放在探索植物在不同生長(zhǎng)階段內(nèi)生菌種群的多樣性及其在植物生長(zhǎng)促進(jìn)和脅迫耐受中的作用上，并需要對(duì)其與植物相互作用機(jī)理進(jìn)行詳細(xì)的研究。另外，還需要發(fā)現(xiàn)更多能夠賦予植物對(duì)抗各種脅迫耐受能力的其他潛在微生物，而且不同植物在不同環(huán)境中是否具有相同的表現(xiàn)仍有待進(jìn)一步研究。深入分析植物和細(xì)菌在定殖過程中表達(dá)與定殖作用相關(guān)的基因，將有助于提高我們對(duì)植物內(nèi)生定殖機(jī)制的認(rèn)識(shí)。微生物介導(dǎo)的植物生長(zhǎng)促進(jìn)作用不是由單一因素決定的，而且存在多種信號(hào)間串?dāng)_的可能性，找出其關(guān)鍵決定因素并非易事，需要更多學(xué)者加大這方面的研究力度。

近些年，科研人員一直關(guān)注一些尖端技術(shù)，特別是“組學(xué)技術(shù)”，如宏基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)和代謝組學(xué)、高通量DNA 測(cè)序和其他不依賴于培養(yǎng)的技術(shù)，有助于揭示更多有關(guān)不可培養(yǎng)的內(nèi)生微生物信息。同樣，蛋白質(zhì)組學(xué)和代謝組學(xué)以及先進(jìn)計(jì)算數(shù)據(jù)挖掘方法相聯(lián)合，可能有助于理解內(nèi)生菌及其與宿主植物的相互作用。通過基因工程技術(shù)可以改善內(nèi)生菌的性狀來開發(fā)新的內(nèi)生菌株。利用高通量技術(shù)可以開發(fā)內(nèi)生菌在低投入、可持續(xù)和生態(tài)友好方面的作用，更好地幫助植物適應(yīng)逆境。

植物內(nèi)生菌作為脅迫條件下植物促生長(zhǎng)的重要因素，在農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展中有著廣闊應(yīng)用前景，但要想使其得到廣泛推廣應(yīng)用，還有許多有待解決的科學(xué)問題。隨著相關(guān)研究持續(xù)開展，人們發(fā)現(xiàn)植物促生內(nèi)生菌的種類也越來越多，對(duì)這些數(shù)量龐大微生物群體的培養(yǎng)、保存和管理，存在許多需要解決的問題；對(duì)于植物體內(nèi)微生物群體之間相互作用機(jī)制的認(rèn)知，還有大量工作要做。我們還面臨著另一個(gè)非常重要的問題，那就是目前的研究成果大多是建立在實(shí)驗(yàn)室條件下，需要加強(qiáng)由實(shí)驗(yàn)室到田間的試驗(yàn)力度，獲取更充分的內(nèi)生菌促生作用的田間試驗(yàn)數(shù)據(jù)，使農(nóng)民能夠充分認(rèn)識(shí)到促生內(nèi)生菌對(duì)植物生長(zhǎng)和土壤健康的積極作用，為促進(jìn)促生內(nèi)生菌在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有效利用打好基礎(chǔ)。另外，還需要對(duì)與植物產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)的“植物-真菌-細(xì)菌”三者共生體進(jìn)行進(jìn)一步的研究。綜合目前研究成果，可以發(fā)現(xiàn)促生內(nèi)生菌在鹽堿地改良和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展中有廣闊的應(yīng)用前景，但是這些都是建立在我們對(duì)植物內(nèi)生共生體在提高植物整體抗逆性機(jī)制的充分了解之上。