Plant growth-promoting rhizobacteria alleviate drought-stress in upland rice
本研究表明，通过接种特定的植物促生长根际细菌（PGPR），可以显著减轻抗旱性较差的山地水稻品种 Samambaia Branco 的干旱胁迫，其机制在于诱导其根系结构发生强健变化、通过渗透调节增强水分状态并优化水分利用效率，最终从而保持产量。
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干旱是威胁我们种植食物的最持久威胁之一，当降雨无法按时抵达时，它能将肥沃的田野变成荒芜的土地。植物也有自己的生存方式，例如关闭叶片上的微小气孔以防止水分流失，或者挖掘更深的根部以寻找水分。然而，这些天然防御机制往往存在极限，尤其是对于那些天生不够强韧的农作物而言。近年来，科学家们开始转向土壤之下的微观世界寻求帮助。他们发现，某些生活在植物根部周围的有益细菌可以作为生存的伙伴。这些被称为“植物促生长根际细菌”的微生物可以产生激素、帮助植物吸收养分，甚至触发化学变化，使植物对压力更具韧性。研究人员现在提出的问题是，我们是否可以利用这些微小的盟友，来保护脆弱农作物免受由气候变化引起的日益频繁的严重干旱的影响。
在巴西一个受控的温室环境中，一个科学家团队使用一种名为 Sambaia Branco 的特定水稻品种测试了这个想法。这种品种以对干燥条件敏感而闻名，使其成为观察微量细菌能否带来显著差异的完美候选对象。研究人员将这些水稻种植在高的土柱中，并使它们经历了一场精心管理的干旱。他们停止为部分植物浇水六天，然后提供仅为平时一半的水量持续十天，以模拟一次严重的干旱期。与此同时，他们用三种不同类型的有益细菌处理了其他植物：Bacillus toyonensis（托永芽孢杆菌）、Burkholderia sp.（布克霍尔德氏菌属）和 Serratia marcescens（粘质沙雷氏菌）。这些细菌在播种前应用于种子，也被添加到土壤中，并在生长周期后期喷洒在叶片上。其目标是观察细菌是否能改变植物在水分匮乏时的外观、水分利用方式以及谷物产量。
结果显示，干旱对未经处理的植物打击沉重。如果没有帮助，这些水稻植物难以维持体内的水分水平，其通过光合作用生产食物的能力也显著下降。在压力期结束时，未经处理的植物损失了近 28% 的潜在谷物产量，许多花朵未能发育成果实。然而，经过有益细菌接种的植物表现得要好得多。最显著的变化发生在地下。细菌促进了水稻根部的生长，使其变得更长、更粗且分布更广。平均而言，接种过的植物发育出的根系比未经处理的植物长了近 30%，表面积增加了 34%。这种扩张的网络让植物能够触及干燥土壤中的更多水分，就像一个更高效的海绵。
由于根部能更好地寻找水分，接种过的植物叶片也保持得更健康。当未经处理的植物体内压力降至临界低点时，接种了细菌的植物维持了更高的水分状态。这种水力优势使它们能够让气孔——即叶片上的微小孔隙——保持适度开放，以便在不流失过多水分的情况下吸收二氧化碳进行生长。因此，这些植物能更有效地利用水分，从每一滴消耗的水中获得更多的生长。细菌还帮助植物管理其内部能量储备。在压力下，植物会分解储存的淀粉并将其转化为简单的糖类，如葡萄糖和果糖。这些糖类充当天然防冻剂，有助于防止植物细胞因脱水而塌陷。接受细菌处理的植物表现出更有效的糖类转化，特别是接受了 Bacillus toyonensis 和 Serratia marcescens 处理的植物，这帮助它们在干旱期间维持了结构稳定性。
当水分最终恢复时，接受过细菌处理的植物在光合作用机制方面的恢复情况与未经处理的植物相似。在研究的最后阶段，无论是接种还是未接种的受旱植物，其光合作用速率都恢复到了与水分充足的植物相当的水平。然而，对于所有受旱植物而言，水分流失和气孔开启的恢复都是不完全的。尽管在光合作用方面存在共同的恢复模式，但经过细菌处理的植物在压力期间已经建立了更优越的水分状态和更高效的水分利用率。这种韧性直接转化为了收获。尽管干旱仍然降低了所有植物的总体产量，但带有益细菌的植物所损失的谷物明显少于未经处理的植物。细菌帮助防止了花朵变得不育，确保了更多的谷粒真正形成。研究结论指出，这些微生物伙伴不仅仅提供了微小的助力；它们从根本上重构了植物与环境的互动方式，将一种脆弱的作物转变为能够抵御严重水分亏缺的作物。
研究人员指出，虽然这些结果在温室中令人印象深刻，但现实世界更为复杂。诸如土壤类型、温度以及田间其他微生物的存在等因素，都可能影响这些细菌在受控环境之外的效果。尽管如此，这项研究提供了强有力的证据，表明使用特定的有益细菌菌株可能是保护对干旱敏感农作物的一种可持续方式。通过增强植物寻找水分和管理压力的天然能力，这些微小的生物为面临不确定气候的农民提供了一个充满前景的工具，有望在不依赖大量化学投入或大规模灌溉工程的情况下，保障粮食供应。
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