降解菌Pseudomonas sp.AT2 對(duì)莠去津脅迫下水稻生長(zhǎng)的影響機(jī)制

馬麗雅, 王 亞, 葛 靜, 生弘杰, 馮發(fā)運(yùn),李 勇, 李 梅, 余向陽(yáng)*,

(1.江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 省部共建國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地——江蘇省食品質(zhì)量安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 210014；2.江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全與營(yíng)養(yǎng)研究所，南京 210014)

莠去津 (atrazine，ATZ) 屬于三嗪類芽前、芽后除草劑，在玉米、高粱、甘蔗等作物上廣泛使用，主要防除多種一年生禾本科和闊葉雜草[1]，具有防治效率高、成本低廉、殺草譜廣等優(yōu)點(diǎn)，在70 多個(gè)國(guó)家及地區(qū)應(yīng)用廣泛[2]。與此同時(shí)，由于莠去津遷移性較強(qiáng)且消解半衰期長(zhǎng)，導(dǎo)致其在農(nóng)田土壤、毗鄰農(nóng)田的地下水及地表水中頻頻被檢出，在種植玉米后的土壤中莠去津的檢出量可達(dá)0.9 mg/kg[3]。環(huán)境中殘留的莠去津易被植物吸收，對(duì)后茬敏感作物 (水稻[3]、小麥[4]、甘薯[5]等) 造成藥害，嚴(yán)重影響后茬作物的生長(zhǎng)及安全生產(chǎn)。據(jù)報(bào)道，按照通常用量 (38%莠去津懸浮劑1.5 L/hm2)施用，莠去津?qū)π←湹纳L(zhǎng)影響較大，可造成小麥旗葉干枯、籽粒偏小等現(xiàn)象[4]；采用低濃度莠去津 (0.2～0.8 mg/L) 處理水稻幼苗后，水稻生長(zhǎng)受到抑制，細(xì)胞膜通透性增強(qiáng)，葉綠素含量下降，同時(shí)莠去津可在水稻籽粒中積累[6]。另外，莠去津還能通過(guò)食物鏈 (如谷物等) 進(jìn)入人體，對(duì)動(dòng)物及人類的神經(jīng)系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)及內(nèi)分泌系統(tǒng)具有潛在的威脅[7-8]。因此，降低生態(tài)環(huán)境及農(nóng)作物中莠去津的殘留，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及人類健康具有重要意義。

土壤中微生物無(wú)處不在，其對(duì)土壤物質(zhì)循環(huán)和農(nóng)藥殘留修復(fù)起著重要作用[9]，但殘留農(nóng)藥反過(guò)來(lái)也會(huì)影響土壤微生物的多樣性[10-11]及功能基因的豐度[12]。同時(shí)，根際微生物也會(huì)影響植物對(duì)農(nóng)藥的降解代謝[13]。研究表明，根際微生物可以聯(lián)合植物提高根際土壤中農(nóng)藥的降解效率，緩解殘留農(nóng)藥對(duì)植物的毒害作用。Ahmad 等[14]發(fā)現(xiàn)，將根際降解菌群接種于雙草醚 (2 和5 mg/L) 污染土壤，可以增強(qiáng)小麥對(duì)雙草醚的降解作用，降解率可高達(dá)100%；Salam 等[15]發(fā)現(xiàn)，在種植前將甘蔗莖稈浸泡在含假絲酵母菌酵母CandidaVITJzN04(3 × 105CFU/mL) 的YEPD 培養(yǎng)基中，處理5 d 后種植在林丹 (100 mg/kg) 污染土壤中，可以顯著增強(qiáng)甘蔗根際林丹的降解，使其降解半衰期從43.3 d減至7.1 d。近年來(lái)，關(guān)于莠去津降解菌的篩選及應(yīng)用有較多報(bào)道[1,16-18]，同時(shí)降解菌的降解基因也已明確，包括atzA～atzF，其中模式菌株P(guān)seudomonassp.ADP 包含了所有降解基因，能將莠去津完全礦化[19]。然而，目前關(guān)于莠去津降解菌的研究主要集中于離體條件下菌株對(duì)莠去津的降解功能探究，以及菌株在修復(fù)莠去津污染土壤中的應(yīng)用，但關(guān)于莠去津降解菌在“土壤-植物”系統(tǒng)的修復(fù)應(yīng)用報(bào)道較少，菌株對(duì)植物耐受莠去津脅迫的影響機(jī)制也尚不清楚。

本研究采用盆栽試驗(yàn)?zāi)M水稻的大田生長(zhǎng)環(huán)境，研究了莠去津?qū)λ靖H微生物菌群結(jié)構(gòu)及降解基因豐度的影響，并從水稻根際土壤中分離純化出一株莠去津降解菌Pseudomonassp.AT2，將其應(yīng)用于莠去津污染土壤，探究了AT2 對(duì)“土壤-水稻”系統(tǒng)中莠去津降解的影響及機(jī)制，以期為保障水稻的安全生產(chǎn)提供一定的理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

1.1.1 藥劑及試劑 98%莠去津 (atrazine) 原藥購(gòu)于先正達(dá)南通作物保護(hù)有限公司，稱取0.02 g (精確到0.0001 g) 莠去津原藥，用50 mL 乙腈完全溶解，配制成400 mg/L 的莠去津母液，于4 ℃保存，待用；乙腈為色譜純。無(wú)機(jī)鹽 (MSM) 培養(yǎng)基：MgSO4·7H2O 0.40 g，F(xiàn)eSO4·7H2O 0.20 g，K2HPO40.20 g，(NH4)2SO40.20 g，CaSO40.08 g，去離子水 1 L，pH 7.0～7.2，并于121 ℃滅菌20 min，備用。植物總RNA 提取試劑盒購(gòu)于北京莊盟國(guó)際生物基因科技有限公司；反轉(zhuǎn)錄試劑盒、Green qPCR SuperMix 購(gòu)于北京全式金生物技術(shù)股份有限公司；引物由通用生物 (安徽) 股份有限公司合成。

1.1.2 供試土壤 采自江蘇省南京市農(nóng)田 (0～20 cm)，土壤類型為黃棕壤 (N 35.03°；E 118.87°)，其基本理化性質(zhì)為：pH 7.24，黏粒含量27%，有機(jī)質(zhì)含量為24.61 g/kg，有機(jī)碳含量為7.44 g/kg。土樣去除植物根系后過(guò)2 mm 不銹鋼篩網(wǎng)，備用。

1.2 根際土壤微生物群落多樣性分析

莠去津污染土壤的制備參照程金金等[20]的方法。取1 mL 400 mg/L 的莠去津母液，采用100 mL丙酮稀釋后，均勻添加至500 g 供試土壤中并混合均勻，通風(fēng)放置24 h 至丙酮揮發(fā)完全，獲得土壤中莠去津終濃度為0.8 mg/kg 的污染土壤，該濃度在已報(bào)道的土壤中莠去津的殘留濃度范圍內(nèi)[3]。均勻噴灑去離子水至田間最大持水量的60%，以不添加莠去津的土壤作為空白對(duì)照。將消毒后的水稻種子置于育苗盤中，當(dāng)生長(zhǎng)至三葉一心期時(shí)，選取5 株長(zhǎng)勢(shì)一致的水稻苗移栽至裝有500 g 土壤的燒杯中，每個(gè)處理重復(fù)4 次。每個(gè)燒杯中添加30 mL 無(wú)菌水，每天補(bǔ)充水至初始水平，置于水稻溫室中培養(yǎng)。培養(yǎng)條件：200 μmol/(m2·s)，14 h光照/10 h 黑暗；晝/夜溫度為30/25 ℃。培養(yǎng)6 d后，參照馮發(fā)運(yùn)等[10]的方法收集每個(gè)燒杯中水稻的根際土壤，得到4 個(gè)平行的待測(cè)土壤樣品。利用FastDNA? Spin Kit (MP Biomedical，Solon，OH，美國(guó)) 提取土壤DNA，并通過(guò)NanoDrop 2000超微量核酸測(cè)定儀和瓊脂糖凝膠電泳法評(píng)估所提取DNA 的樣品質(zhì)量。以合格的土壤DNA 樣品為模板，利用特異性引物338F (ACTCCTACGGGA GGCAGCAG) 和806R (GGACTACHVGGGT WTCTAAT) 對(duì)16S rRNA 基因的V3-V4 區(qū)進(jìn)行擴(kuò)增。采用AxyPrepDNA 凝膠回收試劑盒 (AXYGEN公司) 進(jìn)行切膠回收，回收的產(chǎn)物送至上海美吉生物醫(yī)藥科技有限公司，基于Illumina Miseq 平臺(tái)進(jìn)行高通量測(cè)序，并通過(guò)云平臺(tái) (http://cloud.majorbio.com/) 進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

1.3 根際土壤中莠去津降解基因豐度測(cè)定

根據(jù)已報(bào)道的莠去津降解基因引物[21]，采用定量PCR 儀Bio-Rad CFX96 對(duì)土壤中莠去津降解基因進(jìn)行擴(kuò)增，測(cè)定其豐度。將降解基因的PCR產(chǎn)物連接至pEASY-T3 載體，并驗(yàn)證基因序列。選擇序列正確的質(zhì)粒以10 倍梯度稀釋，測(cè)定不同濃度質(zhì)粒的CT 值，并換算成拷貝數(shù)，建立莠去津降解基因質(zhì)粒的標(biāo)準(zhǔn)曲線。將1.2 節(jié)中提取得到的不同土壤DNA 進(jìn)行熒光定量PCR 擴(kuò)增，并結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算各處理樣品中莠去津降解基因的拷貝數(shù)。采用Green qPCR SuperMix 進(jìn)行熒光定量PCR 擴(kuò)增，反應(yīng)體系為：10 μL 2 × Mix，0.4 μL上游引物，0.4 μL 下游引物，1 μL DNA 模板，8.2 μL 無(wú)菌水。反應(yīng)程序?yàn)椋?4 ℃ 30 s，1 個(gè)循環(huán)；94 ℃ 5 s，55 ℃ 15 s，72 ℃ 10 s，40 個(gè)循環(huán)。

1.4 莠去津降解菌的篩選及鑒定

取1.2 節(jié)中制備的土壤樣品5 g，置于LB 液體培養(yǎng)基中富集培養(yǎng)24 h 后，依次轉(zhuǎn)移至含莠去津 (2、10 和 50 mg/L) 的MSM 液體培養(yǎng)基中梯度馴化3 次。取馴化培養(yǎng)后的菌液涂布于莠去津終濃度為10 mg/L 的MSM 固體培養(yǎng)基上，培養(yǎng)24 h后，挑取不同形態(tài)的菌落進(jìn)行多代劃線培養(yǎng)，得到純化菌株[22]。將純化后的單一菌株接種于含10 mg/L 莠去津并以其為唯一碳源的MSM 液體培養(yǎng)基中進(jìn)行復(fù)篩，同時(shí)以不接菌的處理組為對(duì)照，30 ℃、180 r/min 振蕩培養(yǎng)4 d 后，通過(guò)高效液相色譜儀測(cè)定莠去津含量并計(jì)算降解率。MSM 液體培養(yǎng)基中莠去津的提取與檢測(cè)參考李陽(yáng)陽(yáng)等[1]的方法。提取其中具有降解功能菌株的DNA，用16S rRNA 基因通用引物進(jìn)行PCR 擴(kuò)增，并將擴(kuò)增后的產(chǎn)物送至南京擎科生物科技有限公司測(cè)序，利用NCBI 比對(duì)測(cè)序結(jié)果并構(gòu)建系統(tǒng)進(jìn)化樹，結(jié)合菌株的形態(tài)及生理生化特征，確定降解菌的菌屬。

1.5 降解菌對(duì)莠去津脅迫下水稻的影響

試驗(yàn)共設(shè)置4 組處理：1) 對(duì)照土壤 + 對(duì)照水稻；2) 對(duì)照土壤 + 接菌水稻；3) 含莠去津土壤 +對(duì)照水稻；4) 含莠去津土壤 + 接菌水稻，其中莠去津含量均為0.8 mg/kg。選擇降解能力最強(qiáng)的菌株AT2 為目標(biāo)菌株，用滅菌后的生理鹽水配制菌懸液至OD600約為1.0。將2 份長(zhǎng)勢(shì)一致的三葉一心期水稻苗置于上述菌懸液中浸根處理12 h，得到2 份接菌水稻；2 份對(duì)照水稻采用等量的無(wú)菌生理鹽水進(jìn)行相同處理。將處理后的4 份水稻分別種植于對(duì)照土壤和莠去津污染土壤中，培養(yǎng)6 d 后測(cè)定水稻的相關(guān)生理指標(biāo)、土壤和水稻中莠去津的含量以及水稻中莠去津降解基因的表達(dá)量。土壤和水稻中莠去津的提取與檢測(cè)方法采用Ma 等[23]的方法，回收率為89.6%～102.3%，滿足殘留農(nóng)藥檢測(cè)要求。

水稻中莠去津降解基因表達(dá)量的測(cè)定：通過(guò)液氮將植物樣品研磨至粉末，利用植物總RNA 提取試劑盒提取RNA，并通過(guò)1%瓊脂糖凝膠電泳和超微量紫外分光光度計(jì)檢測(cè)RNA 的完整性和純度，取上述合格的RNA 樣品 (1.0 μg)，經(jīng)gDNA Eraser 消除DNA 后合成cDNA，并作為模板進(jìn)行熒光定量PCR 擴(kuò)增。根據(jù)已報(bào)道的水稻中莠去津降解基因[6,23-27]設(shè)計(jì)特異性引物，并以O(shè)sActin為內(nèi)參基因。熒光定量PCR 體系與反應(yīng)程序同1.3 節(jié)。

1.6 數(shù)據(jù)分析

通過(guò)Excel 2016 和Origin 2021 軟件制圖。試驗(yàn)結(jié)果采用SPSS 22.0 軟件進(jìn)行單因素方差分析(ANOVA)，并用Tukey 檢驗(yàn)進(jìn)行多重比較；或采用Student’st-test (t檢驗(yàn)) 進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 莠去津?qū)λ靖H土壤微生物多樣性的影響

對(duì)莠去津脅迫下水稻根際土壤的微生物多樣性進(jìn)行分析，α多樣性結(jié)果如表1 所示。各處理樣本覆蓋度均在98%以上，能較好地覆蓋樣本微生物群落的多數(shù)物種。另外，莠去津脅迫顯著降低了Sobs 指數(shù)、Chao 指數(shù)和Simpson 指數(shù)，但對(duì)Shannon 指數(shù)無(wú)顯著影響，表明莠去津脅迫可降低水稻根際土壤中細(xì)菌的豐富度和多樣性。

表1 不同處理土壤中細(xì)菌α 多樣性指標(biāo)Table 1 Alpha diversity indexes of rhizosphere soil samples under different treatment

為了分析莠去津?qū)ΩH土壤細(xì)菌群落β多樣性的影響，在屬水平上進(jìn)行了主坐標(biāo)分析 (PCoA)。結(jié)果表明：第一組分 (PC1) 和第二組分 (PC2) 的方差貢獻(xiàn)率分別為64.31%和17.7%，累計(jì)貢獻(xiàn)率為82.01% (圖1A)。另外，莠去津處理組樣品點(diǎn)和對(duì)照組樣品點(diǎn)在二維平面上能完全分開，說(shuō)明莠去津可影響土壤細(xì)菌的群落結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步篩選得到不同處理下存在顯著差異的優(yōu)勢(shì)菌屬，結(jié)果如圖1B 所示：莠去津處理顯著降低了戴沃斯菌屬(Devosia)、氫孢菌屬 (Hydrogenispora)、代爾夫特菌屬 (Delftia) 的相對(duì)豐度，而噬氫菌屬 (Hydrogenophaga)、瘤胃梭菌屬 (Ruminiclostridium)、鞘氨醇桿菌屬 (Sphingobacterium)、假單胞菌屬 (Pseudomonas)、金黃桿菌屬 (Chryseobacterium)、芽孢桿菌屬 (Bacillus) 和窄食單胞菌屬 (Stenotrophomonas)的相對(duì)豐度則顯著增加。

圖1 不同處理下水稻根際細(xì)菌在屬水平上的主坐標(biāo)分析 (PCoA) (A) 和組間差異明顯的優(yōu)勢(shì)菌屬 (B)Fig.1 PCoA analysis of rice rhizosphere bacteria at genus level (A) and dominant bacterial genera with significant differences between groups (B) under different treatments

2.2 根際土壤中莠去津降解基因豐度的變化特征

土壤中莠去津降解基因 (TrzN、AtzB、AtzC、AtzD、AtzE) 豐度檢測(cè)結(jié)果如圖2 所示，莠去津?qū)Σ煌到饣蜇S度的影響存在差異。首先，相較于對(duì)照組，參與水解反應(yīng)的基因TrzN、AtzB、AtzC在莠去津處理的根際土壤中豐度更高，其中TrzN基因的豐度為對(duì)照組的46 倍，而基因AtzD和AtzE在不同處理之間無(wú)顯著差異。以上結(jié)果表明，莠去津處理會(huì)改變土壤中降解基因的豐度，影響根際土壤中降解功能菌菌群。

圖2 莠去津處理對(duì)根際土壤中莠去津降解基因豐度的影響Fig.2 Effect of atrazine on the abundance of atrazine degrading genes in rhizosphere soil

2.3 菌株AT2 對(duì)莠去津脅迫下水稻生長(zhǎng)的影響

通過(guò)分離篩選純化，獲得8 株對(duì)莠去津具有降解功能的菌株，分別命名為AT1～AT8，對(duì)莠去津的體外降解率在40.8%～88.9%之間 (表2)。根據(jù)16S rRNA 基因序列同源性比對(duì)，發(fā)現(xiàn)8 株菌株分別隸屬于假單胞菌屬 (Pseudomonassp.)、芽孢桿菌屬 (Bacillussp.)、類芽孢桿菌屬 (Paenibacillussp.)、金黃桿菌屬 (Chryseobacteriumsp.) 和腸桿菌屬 (Enterobactersp.)。以其中降解能力最強(qiáng)的Pseudomonassp.AT2 為目標(biāo)菌株，通過(guò)對(duì)水稻株高、根長(zhǎng)、干重、葉綠素和MDA 含量進(jìn)行測(cè)定，評(píng)估了接菌和未接菌水稻耐受莠去津脅迫的能力。結(jié)果如表3 所示：在莠去津脅迫下，水稻生長(zhǎng)明顯受到了抑制，葉綠素含量下降，同時(shí)伴隨著MDA 含量增加，說(shuō)明氧化脅迫增強(qiáng)。接種降解菌株AT2 后，水稻中MDA 含量與單獨(dú)莠去津處理組相比顯著下降，表明菌株AT2 可緩解莠去津?qū)λ镜难趸{迫損傷。另外，在莠去津脅迫下，接菌處理組水稻的株高、根長(zhǎng)、干重和葉綠素含量相較于未接菌組分別增加了34.6%、27.6%、28.6%和76.3%，進(jìn)一步證明降解菌AT2 對(duì)莠去津脅迫具有緩解作用。

表2 8 株莠去津降解菌的篩選鑒定Table 2 Identification of 8 atrazine-degrading strains

表3 莠去津脅迫下菌株P(guān)seudomonas sp.AT2 對(duì)水稻生長(zhǎng)的影響Table 3 Effect of Pseudomonas sp.AT2 on the growth of rice plants under atrazine stress

2.4 菌株AT2 對(duì)水稻和土壤中莠去津降解的影響

為明確降解菌AT2 對(duì)土壤-水稻系統(tǒng)中莠去津降解的影響，測(cè)定了接菌和未接菌處理下水稻及土壤中莠去津的含量。結(jié)果顯示：接菌組水稻地上組織和根中莠去津的含量分別比未接菌組水稻低57.5%和47.1%，且莖葉中含量明顯高于根中含量；土壤中莠去津含量變化趨勢(shì)與水稻相似，接菌組土壤中莠去津含量顯著低于未接菌組，其含量?jī)H為未接菌組土壤的85.1% (圖3)。研究表明，降解菌AT2 可顯著促進(jìn)土壤-水稻系統(tǒng)中莠去津的降解。為進(jìn)一步評(píng)估AT2 對(duì)水稻吸收和運(yùn)輸莠去津能力的影響，分析了莠去津的富集系數(shù) (BCF) 和轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù) (TF)。由表4 中結(jié)果可知，接種AT2 后根和葉的富集系數(shù)均顯著下降，同時(shí)轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)也從3.34 下降至2.68，表明接種菌株AT2 減少了莠去津向水稻地上部分的轉(zhuǎn)運(yùn)。

圖3 接種Pseudomonas sp.AT2 菌株對(duì)水稻和土壤中莠去津含量的影響Fig.3 Effect of Pseudomonas sp.AT2 inoculation on atrazine (ATZ) content in rice and soil

2.5 菌株AT2 對(duì)水稻中莠去津降解基因的影響

農(nóng)藥在植物中的代謝主要通過(guò)三相代謝完成。為評(píng)估AT2 對(duì)水稻中莠去津降解基因表達(dá)的影響，從已報(bào)道的莠去津降解基因中選擇6 個(gè)參與I 相和II 相代謝的關(guān)鍵基因，測(cè)定了不同處理下降解基因的表達(dá)量。結(jié)果如圖4 所示：在無(wú)莠去津脅迫情況下，接菌組水稻和未接菌對(duì)照組水稻中降解基因的表達(dá)量無(wú)顯著差異；莠去津脅迫下，水稻的防御系統(tǒng)被激活，莠去津降解基因的表達(dá)量顯著增加，其中P450 基因的表達(dá)量是無(wú)莠去津脅迫對(duì)照組的10.7 倍。另外，莠去津脅迫下，接菌組水稻中莠去津降解基因的表達(dá)量明顯高于未接菌組水稻，與未接菌組相比，接菌組水稻中編碼漆酶、甲基轉(zhuǎn)移酶、糖基轉(zhuǎn)移酶、P450、谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶和硫氧還蛋白的基因表達(dá)量分別提高了1.5、1.3、2.7、1.7、2.5 和1.3倍。研究表明，接種降解菌AT2 激活了水稻中莠去津的降解基因，從而可促進(jìn)水稻中莠去津的降解代謝。

圖4 不同處理下水稻中莠去津降解基因的表達(dá)量Fig.4 Transcriptional expression of defense genes involved in atrazine (ATZ) degradation in rice under different treatments

3 討論與結(jié)論

根際微生物是植物根際微域的重要組成部分，是衡量根際活力和質(zhì)量的重要指標(biāo)之一[28]。農(nóng)藥一方面可被植物直接吸收或殘留在土壤中，對(duì)植物根際微生物造成直接影響，另一方面還可通過(guò)改變植物的根系分泌物，從而間接影響根際微生物的結(jié)構(gòu)[13]。本研究發(fā)現(xiàn)，莠去津處理下，Sobs、Chao 和Simpson 指數(shù)均顯著下降，可能是莠去津進(jìn)入土壤后抑制了根際微生物的活性，從而降低了水稻根際微生物的多樣性指數(shù)和豐富度指數(shù)。已有研究表明，當(dāng)有機(jī)污染物進(jìn)入土壤后，土壤中部分微生物能以有機(jī)污染物為碳源進(jìn)行生長(zhǎng)，并導(dǎo)致該部分微生物豐度增加[29-30]。在本研究的細(xì)菌豐度分析中，發(fā)現(xiàn)莠去津處理顯著增加了水稻根際土壤中鞘氨醇桿菌屬、假單胞菌屬、金黃桿菌屬及芽孢桿菌屬的豐度，而這些菌屬均與有機(jī)污染物的降解密切相關(guān)[31-33]。另外，在水稻根際土壤莠去津降解基因豐度變化的研究中，發(fā)現(xiàn)參與水解反應(yīng)的降解基因TrzN、AtzB和AtzC的豐度受莠去津脅迫影響而顯著增加，推測(cè)可能在莠去津處理下，部分具有特定功能的菌株(如降解菌) 豐度增加并協(xié)同植物促進(jìn)對(duì)莠去津的降解，從而發(fā)揮抵御藥劑脅迫的作用。

目前已有研究表明，降解菌可有效緩解莠去津?qū)蟛缑舾凶魑锏乃幒34-35]。本研究在莠去津污染的根際土壤中分離篩選獲得8 株莠去津降解菌，其中Pseudomonassp.AT2 的降解能力最強(qiáng)。將菌株AT2 接種于水稻根際，可有效緩解莠去津?qū)λ旧L(zhǎng)的抑制，接菌組水稻株高、根長(zhǎng)、干重和葉綠素含量均顯著增加。MDA 作為細(xì)胞膜脂質(zhì)過(guò)氧化的產(chǎn)物，常用于評(píng)價(jià)植物的氧化脅迫程度[36]。本研究發(fā)現(xiàn)，莠去津脅迫下，根際接種菌株AT2 后，水稻體內(nèi)MDA 含量顯著下降，這可能是由于接種AT2 增強(qiáng)了水稻對(duì)活性氧的清除能力，從而減輕莠去津?qū)λ镜难趸{迫損傷。

在農(nóng)藥降解研究領(lǐng)域，目前已明確根際微生物可以聯(lián)合植物在農(nóng)藥降解過(guò)程中發(fā)揮功效[14-15]。Rani 等[37]研究發(fā)現(xiàn)，向日葵接種根際細(xì)菌菌株P(guān)aenibacillussp.ITISM08、Bacillussp.PRB77和Bacillussp.PRB101 后，植物體內(nèi)硫丹的積累量明顯減少，土壤中硫丹 (初始質(zhì)量濃度為5 mg/L)的降解率可達(dá)到92%。本研究發(fā)現(xiàn)，水稻根際接種菌株AT2 不僅可顯著降低水稻根和葉中莠去津的積累量，同時(shí)還可促進(jìn)土壤中殘留莠去津的降解，與Rani 等的研究結(jié)果類似。據(jù)報(bào)道，農(nóng)藥在植物中的代謝解毒主要通過(guò)植物酶系的誘導(dǎo)轉(zhuǎn)化實(shí)現(xiàn)。農(nóng)藥進(jìn)入植物后首先在細(xì)胞色素P450 酶系(CYPs)、漆酶等酶系的作用下進(jìn)行氧化、還原和水解等反應(yīng)，進(jìn)一步通過(guò)糖基轉(zhuǎn)移酶、谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶等酶系與植物體內(nèi)的親水型分子結(jié)合形成II 相代謝產(chǎn)物，同時(shí)降低對(duì)植物的毒性，該II 相代謝產(chǎn)物隨后能被Ⅲ相代謝轉(zhuǎn)運(yùn)子識(shí)別，將結(jié)合物沉積在液泡中或通過(guò)主動(dòng)運(yùn)輸排出至細(xì)胞間隙[38-39]。本研究發(fā)現(xiàn)，莠去津脅迫下，參與水稻中I 相 (P450、漆酶) 和II 相代謝 (甲基轉(zhuǎn)移酶、糖基轉(zhuǎn)移酶、谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶、硫氧還蛋白) 的關(guān)鍵降解基因在菌株AT2 作用下顯著上調(diào)表達(dá)，推測(cè)這可能是菌株AT2 能夠促進(jìn)水稻中莠去津降解，修復(fù)莠去津?qū)λ径竞Φ膬?nèi)在原因。

綜上，本研究揭示了莠去津脅迫可降低水稻根際細(xì)菌α多樣性，導(dǎo)致微生物群落結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，同時(shí)還可增加根際土壤中莠去津降解基因的豐度。另外，接種莠去津降解菌Pseudomonassp.AT2 則能緩解莠去津?qū)λ镜拿{迫損傷，激活水稻中莠去津降解基因的表達(dá)，進(jìn)而促進(jìn)“土壤-水稻”系統(tǒng)中莠去津的降解代謝，阻控殘留莠去津向水稻地上部轉(zhuǎn)移富集。研究結(jié)果可為利用功能微生物定向修復(fù)殘留農(nóng)藥污染，保障作物的安全生產(chǎn)提供理論基礎(chǔ)。