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华中农业大学潘志勇教授团队揭示柑橘根际优势菌株通过信号分子增强养分吸收与生长的机制

2026-03-16 09:06:06

植物根际是一个高度动态的微生态系统，植物通过根系分泌物与微生物进行物质和信息交流，而微生物则通过分泌次级代谢物和信号分子影响植物生理状态。植物促生根际细菌（plant growth-promoting rhizobacteria, PGPR）因其能够提高养分利用效率、增强抗逆性和提升产量而受到广泛关注。在众多化学信号中，N-酰基高丝氨酸内酯（N-acyl homoserine lactones, AHLs）是革兰氏阴性细菌常见的群体感应（quorum sensing）信号分子。然而，这类信号分子是否直接参与植物促生过程，尤其是在柑橘等多年生果树体系中发挥何种作用，仍缺乏明确证据。阐明根际细菌信号分子在植物-微生物互作中的功能，对于开发新型生物刺激剂和生物肥料具有重要意义。

近日，华中农业大学潘志勇教授团队在Horticulture Research发表了题为“Rhizobacteria promote plant growth via secretion of N-(3-Oxooctanoyl)-L-homoserine lactone”的研究论文。研究表明，一株从柑橘根际分离获得的优势促生菌株Burkholderia Burk_2H3通过分泌N-(3-oxo-octanoyl)-L-homoserine lactone（PGPHL）显著促进植物生长，并通过调控养分转运相关基因增强根系养分吸收能力。

主要研究结果如下：

（1）优势菌株分泌特异性信号分子：研究人员从柑橘根际筛选获得一株优势促生菌Burkholderia Burk_2H3。代谢组学分析显示，该菌株分泌物中N-(3-oxo-octanoyl)-L-homoserine lactone（PGPHL）的丰度比三株非促生Burkholderia菌株高出9.7–17.2倍，提示该信号分子可能是其促生作用的关键因子。

（2）外源信号分子直接促进植物生长：外源施用PGPHL显著提高柑橘幼苗干重，增幅达43.12%；相比之下，其他分泌代谢物未表现出类似促生效果。这一结果直接证明PGPHL本身具有植物生长促进功能，而不仅仅是细菌群体感应的内部调控信号。

（3）转录组与离子组揭示养分调控机制：转录组分析表明，无论是接种Burk_2H3活菌、施用其无菌上清液，还是单独添加PGPHL，均一致性上调了根系中多个关键养分转运蛋白基因，包括氮、磷和钾转运相关基因。离子组学分析进一步验证，处理后根系中氮、磷和钾浓度显著升高，说明PGPHL通过激活植物养分吸收通路，增强矿质元素积累，从而促进生物量增加。

（4）田间验证显示广谱促生潜力：在田间试验中，PGPHL处理使辣椒生物量提高21%，芹菜提高15%，芥菜提高18%。这一结果表明，PGPHL的促生效应并非局限于柑橘，而在不同经济作物中均具有显著增产潜力。

综上所述，该研究首次明确指出，AHL类信号分子N-(3-oxo-octanoyl)-L-homoserine lactone（PGPHL）不仅参与细菌群体感应，还可直接作为植物促生信号分子发挥功能。其通过上调根系养分转运基因表达，提高氮、磷、钾吸收效率，从而显著提升植物生物量。这一发现拓展了对植物-微生物互作机制的理解，也为开发新型生物刺激剂和低投入农业技术提供了分子靶点。