原标题：植物相关细菌胞外多糖对植物非生物抗逆性的影响
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文章背景
作物生产力受到水或温度等非生物因素的胁迫。植物科学家通过改进育种计划和农艺实践提高了作物产量，但该方法有局限性且存在技术困难的问题。植物相关微生物适应广泛的环境条件，是缓解胁迫以提高作物产量和状况的替代来源。植物促生根际细菌 (Plant Growth-Promoting Rhizobacteria, PGPR) 能够分泌胞外多糖 (Exopolysaccharides, EPS) 来保护自身，从而保护其植物宿主免受环境波动和其他非生物胁迫的影响。基于此，来自西班牙格拉纳达大学的 Maximino Manzanera 博士及其团队在 Metabolites 期刊发表了综述，全面总结了通过 EPS 缓解植物非生物胁迫耐受性的机制，对保持生产力并确保粮食安全有重要意义。
图片摘要
综述内容
本综述描述和分析了外部环境变化 (盐度、干旱、温度和重金属毒性) 如何影响细菌 EPS 的产生及其在植物-微生物的相互作用。
1. 盐度
盐度是对农业最重要的威胁之一，高盐和低盐均会导致产量损失。在植物中，耐盐性取决于控制离子吸收和稳态的能力，分为有毒离子 (例如 Na+ 和 Cl−) 以及必需元素 (如 K+ 和 NO3−)。EPS 具有结合包括 Na+ 在内的阳离子的潜力，限制植物根部对它们的吸收并维持 K+/Na+ 平衡。从这个意义上说，一些研究证明了 EPS 通过与土壤中的钠螯合来缓解盐胁迫，从而使 Na+ 无法进入植物根部 (表1)。
表1. PGPR 缓解植物盐度胁迫的机制
尽管某些 PGPR 缓解盐胁迫的作用众所周知，但对于 EPS 帮助植物应对盐胁迫的物理和化学性质，特别是在不同盐度水平下 EPS 组成的变化，人们仍然知之甚少。
2. 干旱
气候变化造成的缺水是一个重大的农业威胁。植物在缺水时的第一个反应是关闭气孔，导致气体交换和二氧化碳同化中断，影响光合作用，从而抑制植物生长和产量。PGPR 介导的植物耐旱胁迫耐受性已被提出多种机制，包括植物激素调节、根形态改变、ACC (1-氨基环丙烷-1-羧酸酯) 脱氨酶活性、渗透调节剂的积累和抗氧化剂、挥发性有机化合物和 EPS 生产。其中细菌 EPS 和荚膜多糖能够改善土壤结构和保留土壤水分，促进细菌定植和生物膜形成，对干旱胁迫进行代谢调整 (表2)。
表2. PGPR 缓解植物干旱胁迫的机制
3. 重金属
植物中重金属积累的问题可以通过微生物辅助来缓解。PGPR 可以通过溶解矿质营养物质、产生植物促生长物质和分泌特定酶来减轻金属植物毒性并直接刺激植物生长。另外，EPS 结构和其成分会影响生物膜的形成和根部定殖，进而可能影响 EPS 产生细菌促进植物生长和减轻生物及非生物胁迫的作用。其他非生物因素也会影响细菌 EPS 介导的植物重金属抗性。人们对重金属在EPS成分中的影响以及其对产生 EPS 的 PGPR 定殖的影响及其对植物生长和健康的有益影响知之甚少。
4. 温度
全球气候变化影响当前和未来的平均温度，热和冷胁迫也会改变植物叶绿素生物合成和光合作用。PGPR 可以帮助植物增加适应新陈代谢的时间，并适应热和冷胁迫。高温会增加根瘤菌 EPS 和脂多糖的产生，以保护 PGPR 免受周围恶劣条件的影响。低温也会增加植物相关细菌的 EPS 产量，但并不是普遍特征。耐热和耐冷的植物相关细菌对农业具有重要意义。
文章总结
EPS 是细菌释放到环境中的高分子量聚合物的天然混合物，其分泌是为了响应各种外部压力，包括盐度、干旱、重金属毒性和温度变化。此外，EPS 还参与细胞间聚集，这对于细菌锚定和粘附到植物根部至关重要。这些特性使 EPS 成为植物通过细菌应用来抵御不同类型胁迫的重要因素。从这个意义上说，对植物中细菌 EPS 诱导的非生物胁迫耐受性的研究揭示了一些有趣的表型和对潜在机制的初步见解 (图1)。
图1. 微生物胞外多糖协助植物缓解非生物胁迫的机制。EPS 可以缓解钠介导的盐度，限制植物根系对 Na+ 的吸收，促进土壤团聚，调节水分波动，有利于植物生长。然而，与植物相关有益细菌的其他众所周知的特性相比，EPS 对植物非生物胁迫改善的作用仍未得到充分研究。尤其重要的是环境压力对植物相关细菌的 EPS 组成和结构的影响及其对共生建立的潜在影响。因此，对 EPS 的研究应继续提高对作物免受非生物胁迫的保护，并更好地了解其潜在的生理和分子机制，这将使 EPS 生产细菌能够适当地应用于作物，以保持生产力并确保粮食安全。
原文出自 Metabolites 期刊Morcillo, R.J.L.; Manzanera, M. The Effects of Plant-Associated Bacterial Exopolysaccharides on主编：Markus R. Meyer, Saarland University, Germany
期刊发表与代谢组学、代谢生物化学、计算和系统生物学、生物技术和医学领域相关的代谢物以及代谢方面的原创研究文章与评论文章。
2022 Impact Factor: 4.1 2022 CiteScore: 5.3 Time to First Decision: 13 Days Time to Publication: 38 Days返回搜狐，查看更多
