土壤盐渍化是全球农业生产面临的重大挑战。全球表层土壤（0–30厘米）中盐渍化面积已达4.24亿公顷，深层土壤（30–100厘米）达8.33亿公顷，超过10亿公顷土地受盐分影响，其中灌溉耕地中超过20%正遭受盐渍化威胁。高盐环境导致植物遭受渗透胁迫、离子失衡、营养吸收受限和氧化损伤，严重影响作物产量和粮食安全。大豆（*Glycine max*）作为全球重要的粮食和饲料作物，是植物蛋白和油脂的主要来源，但其对盐分敏感，盐胁迫可导致大豆减产高达40%。
植物内生菌（生活在宿主植物内部的微生物）能够通过多种机制促进植物生长，包括产生吲哚-3-乙酸（indole-3-acetic acid，IAA）、铁载体（siderophore）、有机酸以及1-氨基环丙烷-1-羧酸脱氨酶（ACC脱氨酶）等植物生长促进物质。然而，传统的“单一菌株”接种策略在复杂环境条件下往往效果不稳定。近年来，合成微生物群落（synthetic microbial communities，SynComs）作为一种新兴策略，通过人工组装具有互补功能的低复杂度菌群，有望在胁迫条件下更好地存活并发挥功能。然而，来自高盐环境的盐生植物内生菌构建的作物SynComs研究仍十分有限。
基于此，本研究提出三个核心假设：（1）来自高盐环境的盐生植物内生细菌具有功能性促生性状；（2）单菌接种能显著促进高盐条件下植物生长；（3）功能互补的内生菌SynComs将进一步增强高盐条件下的生长促进效果。
本研究由WaQar Ahmad（第一作者）、Tisha Haukongo、Jason Prez、EunHea Kwon和Abdul Latif Khan（通讯作者）等完成，作者分别来自University of Houston工程技术学院、自然科学与数学学院生物学与生物化学系、环境工程系，以及韩国Kyungpook National University应用生物科学学院。论文发表于 npj Science of Plants 期刊（2026年，第2卷，文章编号24），DOI为10.1038/s44383-026-00037-5，2025年11月17日投稿，2026年6月8日接收。
研究团队从美国德克萨斯州Galveston湾盐沼地采集了8种盐生植物，包括 *Salicornia bigelovii*（SB）、*Sarcocornia quinqueflora*（SQ）、*Salicornia europaea*（SE）、*Borrichia frutescens*（BF）、*Lycium carolinianum*（LYC）、*Salicornia depressa*（SD）、*Limbarda crithmoides*（LIC）和 *Batis maritima*（BM）。植物样品分为叶片和根部组织，经70%乙醇和5%次氯酸钠表面消毒后，采用稀释涂布法在LB琼脂培养基上分离培养。最终从叶片和根部组织共分离获得98株细菌内生菌，其中48株来自叶片，50株来自根部。通过16S rRNA基因测序鉴定出55株独特菌株，涵盖19个属，以 *Bacillus*（32.7%）和 *Halomonas*（12.7%）为优势属，其次是 *Priestia*（9.1%）以及 *Gottfriedia*、*Neobacillus*、*Brevibacillus*（各5.5%）。
所有55株分离株均接受了关键促生性状的系统评估。ACC脱氨酶活性测定显示，活性最高的是 Priestia megaterium-B55（407.13 ± 24.70 nmol α-酮丁酸 mg⁻¹蛋白 h⁻¹）和 Bacillus thuringiensis-B22（401.21 ± 9.34），B. megaterium-B79和 B. cereus-B81也表现出高活性。铁载体产生方面，55株中35株（64%）为高产铁载体菌株。有机酸定量分析发现，奎宁酸（quinic acid）含量最高的是 P. megaterium-B98（58.25 mg ml⁻¹）和 Neobacillus ginsengisoli-B56（45.53 mg ml⁻¹）；丙二酸（malonic acid）主要在 P. megaterium-B55中检测到（46.52 mg ml⁻¹）；己二酸（adipic acid）最高产者为 P. megaterium-B54（81.03 mg ml⁻¹）和 B. altitudinis-B50（70.86 mg ml⁻¹）。
吲哚-3-乙酸产生的初步筛选采用比色法（Salkowski试剂），40株菌株呈阳性反应，浓度范围为4.77至41.27 μg ml⁻¹，最高者为 Gottfriedia acidiceleris-B72（41.27 ± 0.19 μg ml⁻¹）。基于综合促生性状评估，20株表现优异的菌株进入后续的气相色谱-质谱联用确证定量，其中 Gottfriedia luciferensis-B24产生最高IAA浓度（694.7 ± 42 ng ml⁻¹），B. altitudinis-B50和 P. megaterium-B55也显著高于其他菌株。
在未受盐胁迫的条件下，将55株分离株分别接种至大豆幼苗（n=4），测量地上部长度、根长、地上部生物量和根生物量四项指标。与未接种对照组相比，53株菌显著增加地上部长度，37株增加地上部生物量，30株增加根长，25株增加根生物量。地上部长度增加最显著的是 Halomonas venusta-B48（2.21倍）和 Bacillus sp.-B18（2.18倍）。地上部生物量最高者是 G. acidiceleris-B72（2.56倍）和 H. venusta-B48（2.44倍）。根生物量增加最大的是 Lysinibacillus sphaericus-B91和 H. venusta-B48（均约2.8倍）。基于促生性状和早期幼苗表现，选取20株高表现菌株用于后续盐胁迫验证和SynCom构建。
对20株选定菌株在对照和200 mM NaCl盐胁迫条件下进行单独接种评估（n=5）。结果显示菌株效应存在明显的菌株依赖性和性状依赖性。在盐胁迫下，L. sphaericus-B91处理组的地上部长度较盐胁迫对照组增加2.24倍，B. thuringiensis-B22和 Salinicola pertrichatus-B28也分别增加1.95倍。根长方面，B. cereus-B14（2.42倍）、B. thuringiensis-B22（1.94倍）和 L. sphaericus-B91（1.98倍）表现突出。地上部生物量改善最显著的是 B. thuringiensis-B22（1.53倍）和 S. pertrichatus-B28（1.58倍）。根生物量则由 B. cereus-B81和 Bacillus sp.-B47提升2.55倍。值得注意的是，Bacillus sp.-B33和 Bacillus sp.-B47在对照条件下降低生物量但在盐胁迫下显著促进生长，显示出条件依赖性的促生效应。
通过RT-qPCR分析大豆乙烯通路关键基因 *GmACS*（1-氨基环丙烷-1-羧酸合成酶）、*GmACO*（1-氨基环丙烷-1-羧酸氧化酶）和 *GmMAT*（S-腺苷甲硫氨酸合成酶）的表达。盐胁迫下未接种植株中三个基因的表达量分别增加至对照的2.74倍、2.31倍和2.60倍。而接种细菌处理组的基因表达显著降低：*GmACS*表达降至约1.29–1.42倍，*GmACO*降至约1.23–1.53倍，*GmMAT*降至约1.18–1.56倍。双因素方差分析显示菌株×条件交互作用显著，表明不同菌株对盐诱导的乙烯通路基因上调具有不同程度的抑制作用。
基于菌株的促生功能互补性、耐盐阈值（150–300 mM NaCl）和共培养相容性，构建了三种合成群落：SynCom5（5株）、SynCom10（10株）和SynCom20（20株）。在大豆上接种（n=9）后施加200 mM NaCl盐胁迫。结果显示盐胁迫显著降低地上部长度（从26.50 cm降至15.05 cm）和根长（从17.14 cm降至12.11 cm）。在盐胁迫条件下，SynCom10表现最佳：地上部生物量提升2倍（2.73 g），根生物量提升4倍（3.56 g），地上部长度提升3.2倍（48.41 cm），根长提升2倍（24.68 cm）。Tukey HSD多重比较显示，SynCom10+盐胁迫处理的地上部和根生物量、地上部长度和根长均显著高于SynCom5+盐胁迫和SynCom20+盐胁迫处理。基因表达方面，所有SynCom处理在盐胁迫下均显著降低乙烯通路基因的盐诱导上调表达，其中SynCom20使 GmACO 表达降至仅1.46倍（盐胁迫对照为2.76倍）。
通过高效液相色谱对三种SynCom的无细胞培养上清液进行有机酸定量，发现总有机酸产量存在显著差异（F(2,9)=4.73，p=0.039）。SynCom5总有机酸含量最高（31.31 mg ml⁻¹），其次为SynCom10（24.65 mg ml⁻¹）和SynCom20（21.29 mg ml⁻¹），SynCom5显著高于SynCom20（p=0.0349）。
本研究系统展示了利用盐生植物内生细菌改善盐胁迫下大豆生长的完整策略。通过从高盐环境植物中分离筛选具有多重促生性状的内生菌，验证单菌株的盐胁迫缓解效应，进而构建功能互补的合成群落，最终证实中等复杂度的SynCom10在盐胁迫下表现最优。该研究为盐渍化农业生态系统中基于微生物组的可持续农业发展提供了数据支撑和设计框架。
SynCom10在盐胁迫下表现出显著的生长促进效果，而复杂度更高的SynCom20反而效果减弱，这表明中等复杂度的群落能在功能互补性和冗余性之间达到最佳平衡。此外，SynCom处理降低了盐诱导的乙烯生物合成通路基因表达，暗示了内生菌通过调控植物激素稳态来缓解盐胁迫的潜在机制。
本研究的创新性主要体现在：（1）首次系统性利用盐生植物内生菌构建SynComs并将其应用于大豆盐胁迫缓解；（2）以功能性状为基础的菌株筛选策略，涵盖IAA产生、ACC脱氨酶活性、铁载体和有机酸等多维度评估；（3）通过比较不同复杂度SynComs的效果，为合成群落设计提供了“中等复杂度最优”的经验证据。然而，研究也面临一定局限性：实验使用了灭菌土壤，与自然田间土壤的微生物组复杂性存在差异；SynCom成员间的相互作用机制和根系定殖能力未被直接评估；研究结果的田间转化仍需在非灭菌土壤和真实盐渍农田环境中进一步验证。