突尼斯南部盐生植物内生细菌群落多样性及其促生功能研究

《BMC Microbiology》：Endophytic bacterial communities associated with halophytic plants in kebili and Gabes regions of Southern Tunisia

　　本研究针对突尼斯南部干旱区土壤盐渍化对农业可持续性的威胁，通过采集凯比利和加贝斯地区22种盐生植物及其根际土壤，结合可培养与不可培养方法系统解析了内生细菌群落结构。研究发现植物地上与地下组织内生菌群存在显著差异，核心菌属包括Acinetobacter、Halomonas等具有植物促生(PGPB)和生物防治潜力的类群。功能预测显示内生菌通过氨基酸代谢、能量代谢等多条KEGG通路协助宿主适应高盐环境，为开发耐盐微生物肥料提供了重要资源。

　　

在全球粮食安全面临严峻挑战的背景下，土壤盐渍化已成为制约干旱半干旱地区农业发展的关键因素。预计到2050年全球人口将增至98亿，粮食产量需提高70%才能满足需求，而高盐土壤导致作物减产的现象日益突出。有趣的是，自然界中存在一类被称为盐生植物(halophytes)的特殊植物群体（约占植物总数1%），它们能在200 mM NaCl的高盐环境中正常生长，这种独特适应性与其体内共生微生物——尤其是内生细菌(endophytic bacteria)的协同作用密切相关。

内生细菌是指定殖于植物组织内部而不引起病害的微生物，它们通过固氮、溶磷、产生植物激素等直接途径，以及分泌抗生素、诱导系统抗性等间接机制促进植物生长。相较于根际细菌，内生菌对宿主的促生效果通常更为显著，尤其在逆境胁迫条件下优势更加明显。虽然印度、中国等地已开展盐生植物内生菌研究，但北非特别是突尼斯南部极端环境（高温、高盐、缺水）下的相关研究仍属空白。

为此，Ichrak Hamdene等研究人员在《BMC Microbiology》发表论文，系统分析了突尼斯南部凯比利和加贝斯地区5个地点22种盐生植物的内生细菌群落。研究采用可培养与非可培养相结合的双重策略，通过16S rRNA基因测序揭示了植物不同组织（地上绿色部分与根部）的内生菌群结构差异，并利用PICRUSt2和FAPROTAX等功能预测工具解析了菌群的代谢潜力。

关键技术方法包括：（1）从5个采样点采集22种盐生植物及根际土壤，测定土壤理化性质（pH、电导率EC、有机质OM等）；（2）通过植物ITS序列分子鉴定确认9科14属植物身份；（3）采用表面消毒-组织片段培养法分离可培养内生菌，同时直接提取植物组织DNA进行非可培养菌群分析；（4）使用Illumina MiSeq平台对16S rRNA基因V3-V4区测序，QIIME2流程处理数据；（5）通过CCA分析环境因子与菌群关联，PICRUSt2预测功能通路。

土壤理化特性显示极端环境适应性

五处采样点的土壤均呈碱性（pH>7），电导率EC值超过2000μS/cm，其中S1、S3、S5达到极高盐度水平。土壤有机质含量普遍偏低（S2最低，S3最高），硝酸盐含量超标，碳氮比C/N显示有机质分解程度差异。这种贫瘠、高钙、高盐的土壤环境为耐盐微生物筛选提供了天然实验室。

植物组织内生菌群呈现空间异质性

通过Shannon指数和Bray-Curtis距离分析发现，绿色部分的内生菌α多样性普遍高于根部。PERMANOVA检验表明植物组织类型（绿色部分vs根部）对菌群结构有显著影响（p=0.042），而植物科属和采样地点的影响相对较弱。在门水平上，变形菌门(Proteobacteria)（67.80%）、厚壁菌门(Firmicutes)（14.06%）和放线菌门(Actinobacteria)（6.57%）为三大优势菌门，其中变形菌在绿色部分占比更高，后两者在根部更丰富。

核心菌属揭示耐盐功能潜力

在属水平上定义的核心微生物组（出现频率>60%，相对丰度>0.5%）包括：Acinetobacter、Halomonas、Kushneria、Pseudomonas、Psychrobacter、Stenotrophomonas和Streptomyces。这些菌属在不同植物科属中广泛存在，但相对丰度存在差异。例如Halomonas在Aizoaceae和Ephedraceae中显著富集，而Pseudomonas在根部更具优势。可培养菌群分析进一步验证了Halomonas、Bacillus、Kushneria等属的 dominance，但培养组与非培养组数据存在偏差（如Pseudomonas在非培养组中更突出），反映出方法学差异。

环境因子驱动菌群生态位分化

CCA分析显示，土壤有效磷(AP)与Terribacillus、Streptomyces等溶磷细菌正相关；高盐（EC）、高有机质（OM）参数与Halomonas、Stenotrophomonas等菌属聚集于S5采样点。部分菌属（如Weissella）仅在特定植物组织中出现，暗示微环境特异性选择。

功能预测揭示多重抗逆机制

PICRUSt2预测出425条代谢通路，主要涉及氨基酸代谢、脂代谢、能量代谢等模块。Ephedraceae和Orobanchaceae家族特有7条高丰度通路，Convolvulaceae家族独有腺苷核苷酸降解IV等通路。FAPROTAX分析进一步识别出氮循环（硝化、反硝化等）、碳降解、烃类降解等51个子功能群，其中好氧化能异养和硝酸盐还原为优势功能。

该研究首次系统揭示了突尼斯南部盐生植物内生菌群的组成规律和功能特性，证实了植物组织微环境对菌群结构的塑造作用。核心菌属中多个成员（如Halomonas、Pseudomonas）已被报道可通过调节活性氧(ROS)平衡、合成渗透保护物质（脯氨酸、海藻糖等）增强植物耐盐性。研究结果为开发适用于盐渍土地的微生物接种剂提供了菌种资源和理论依据，对推动干旱区可持续农业发展具有重要实践意义。未来可通过分离培养核心功能菌株，进一步验证其植物促生(PGPB)和生物防治(BCA)潜力，为盐碱地改良提供微生物解决方案。