番茄（Solanum lycopersicum）是全球廣泛種植和消費的重要經濟作物，營養價值高。然而，堿性土壤（pH 7.9–8.5）條件會限制磷、鐵、鋅等必需養分的有效性，導致植物營養缺乏、生長受阻，并引發代謝失衡和氧化脅迫等一系列問題，嚴重制約作物生產。為應對這一挑戰，可持續的農業微生物策略，特別是應用植物根際促生細菌（Plant Growth-Promoting Rhizobacteria, PGPR）受到廣泛關注。PGPR是一類有益的土壤細菌，能夠通過多種機制促進植物生長，包括溶解難溶性養分、產生植物激素、增強脅迫耐受性以及抑制病原菌等。盡管大量研究已證明PGPR在一般條件下的促生效益，但其在堿性土壤，特別是以聯合菌群形式應用的研究仍相對有限。本研究旨在探究從印度韋洛爾理工學院農業區番茄根際分離的兩株細菌——Pseudomonas sp. VITK-1 和 Burkholderia sp. VITK-3——單獨及聯合接種對堿性土壤中番茄幼苗生長、養分吸收、生化特性及基因表達的影響，以評估其作為生物接種劑改善堿性土壤農業生產的潛力。

樣品采集與菌株鑒定：研究從印度泰米爾納德邦韋洛爾理工學院農業區的番茄根際采集土壤樣品，通過系列稀釋和培養，分離得到兩株細菌VITK-1和VITK-3。經16S rRNA基因測序和系統發育分析，VITK-1被鑒定為Pseudomonas sp.（登錄號OP102696），VITK-3被鑒定為Burkholderia sp.（登錄號PP897814）。掃描電子顯微鏡顯示兩者均為革蘭氏陰性桿菌。

PGPR特性與酶活性篩選：對分離菌株進行了全面的植物促生特性體外評估。結果顯示，兩菌株均具有溶解磷酸鹽、產生鐵載體（siderophore）、合成吲哚-3-乙酸（IAA）、產氨和固氮的能力。其中，VITK-1的磷酸鹽溶解能力和產氫氰酸（HCN）活性更強，而VITK-3產生的IAA量更高。此外，兩菌株還表現出多種水解酶活性，包括蛋白酶、纖維素酶、淀粉酶、明膠酶和脂肪酶，這些酶有助于降解有機物質并為植物提供養分，同時也可能直接抑制病原菌。

相容性與拮抗活性：兼容性測試表明，Pseudomonas sp. VITK-1 和 Burkholderia sp. VITK-3 能夠在同一培養基上共存，彼此間無生長抑制，表明它們適合組成聯合菌群。雙重培養試驗進一步證實，兩菌株對番茄的兩種重要病原菌——Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici（番茄枯萎病菌）和Ralstonia solanacearum（青枯病菌）——具有顯著的拮抗作用。VITK-1對兩種病原菌的抑制率分別高達76.5%和71.8%，VITK-3的抑制率分別為64.1%和35.7%，顯示出作為生防制劑的潛力。

脅迫耐受性分析：菌株在多種非生物脅迫下的適應性被評估。鹽脅迫耐受性測試顯示，VITK-3可耐受高達20%的NaCl濃度，VITK-1可耐受15%。兩者在pH 3至11的廣泛范圍內以及25°C至37°C的溫度下均能生長，在pH 9時生長最佳。此外，它們對重金屬（Cd, Co, Zn, Pb, Fe）也表現出一定的耐受性。致病性測試（血瓊脂平板）顯示兩菌株均無溶血活性，表明其對植物宿主安全。

溫室試驗設計：研究設置了四個處理組：T1（未接菌對照，無菌水處理）、T2（接種VITK-1）、T3（接種VITK-3）、T4（接種VITK-1與VITK-3的1:1聯合菌群）。將表面消毒的番茄種子在各菌懸液（10⁸CFU/mL）中浸泡30分鐘后，置于培養皿中進行12天的萌發試驗，評估發芽率、發芽勢、發芽指數、幼苗活力指數以及根和莖的長度。隨后，將幼苗移栽至pH 7.9的堿性土壤盆缽中，在溫室條件下繼續生長，并每周進行一次菌懸液灌根處理。生長后期，測量植株的形態指標（株高、根長、鮮重、干重、莖粗）、葉綠素含量（SPAD值，葉綠素a、b），并分析根系中的大量和微量元素含量。

生化與分子分析：采集植物樣品進行了一系列生化測定，包括總蛋白、脯氨酸、碳水化合物、抗氧化活性（DPPH自由基清除率）以及總酚和類黃酮含量。此外，通過實時定量PCR（qRT-PCR）技術，分析了番茄根系中與養分轉運和脅迫響應相關的基因表達情況，包括硝酸鹽轉運蛋白基因（NRT2）、銨轉運蛋白基因（AMT-1）、磷酸鹽轉運蛋白基因（PR-1）、谷胱甘肽還原酶基因（GR-1）和脫水響應元件結合蛋白基因（DREB3），以actin基因作為內參。

對種子萌發和幼苗早期生長的影響：細菌接種，特別是單菌處理（T2和T3），顯著改善了番茄種子的早期萌發性能。與對照相比，T2和T3處理使發芽能量提高了73.3%，發芽指數提高了101%。此外，這些處理還顯著促進了幼苗的根系和地上部伸長，提高了幼苗活力指數。聯合接種（T4）在某些指標上也表現出積極效果，但整體上單菌處理對早期生長的促進效果更為突出。

對溫室植株生長和生理參數的影響：在堿性土壤的長期溫室栽培中，所有細菌處理均不同程度地促進了番茄植株的生長。其中，VITK-3（T3）處理在提高植株株高、根長以及根和地上部生物量（鮮重和干重）方面效果最為顯著。聯合接種（T4）則在提高SPAD值（指示葉綠素相對含量）方面表現最佳，增幅達50.3%，同時也在株高、根長等指標上優于對照。葉綠素含量分析表明，細菌處理，特別是T3和T4，顯著增加了葉片中的葉綠素a和b含量，分別提高了68%/66%和65%/60.5%，表明光合作用能力得到增強。

對植株養分吸收的影響：對干燥根系樣品的營養元素分析顯示，細菌接種提高了多種必需養分的含量。與對照相比，接種處理（特別是T2和T3）植株根系中的氮（N）、磷（P）、鋅（Zn）、鐵（Fe）、銅（Cu）含量均有明顯增加。例如，氮含量從1.39 mg增至1.58-1.70 mg，鐵含量從1579.62 mg/kg大幅提升至最高2144.12 mg/kg（T2）。這表明PGPR處理有效促進了番茄在堿性土壤中對關鍵養分的吸收和積累。

對植株生化脅迫指標的影響：細菌接種誘導了番茄植株一系列積極的生化防御反應。總蛋白和脯氨酸含量在處理植株中顯著升高，聯合接種（T4）使兩者分別增加了54.5%和69.5%，這有助于維持細胞滲透平衡和蛋白質穩定性。碳水化合物含量在部分處理中有所下降，可能被用于支持生長和應激代謝。抗氧化活性分析表明，細菌處理增強了植株的氧化脅迫抵御能力，其中T2處理的DPPH自由基清除率增加了63.97%。此外，酚類和類黃酮這兩種重要的抗氧化次生代謝物含量也顯著提升，在T4處理中分別增加了60.9%和52.5%，進一步強化了植物的非酶促抗氧化防御系統。

對養分與脅迫相關基因表達的影響：qRT-PCR分析揭示了細菌接種在分子水平上的作用機制。與對照相比，所有細菌處理（T2, T3, T4）均顯著上調了番茄根系中多個關鍵基因的表達。養分轉運基因NRT2、PR-1和AMT-1的表達量上調，這與觀察到的養分吸收增強現象一致，表明PGPR可能通過調節植物的養分轉運系統來提高效率。同時，脅迫響應基因GR-1和DREB3的表達也顯著增加，其中DREB3在T2處理中的表達量提升了5.38倍。這些基因的上調有助于增強植物的抗氧化防御（GR-1）和激活廣泛的脅迫耐受途徑（DREB3），從而系統性地提升植株在堿性環境中的適應力。

本研究證實，從番茄根際分離的Pseudomonas sp. VITK-1和Burkholderia sp. VITK-3是具備多種植物促生特性的高效PGPR菌株。它們在體外展現出的磷酸鹽溶解、IAA合成、鐵載體產生、水解酶活性及病原菌拮抗能力，為其促進植物生長提供了多重機制基礎。更重要的是，它們對高鹽、寬pH范圍和重金屬的耐受性，使其能夠定殖并活躍于惡劣的堿性土壤環境中。

溫室試驗結果綜合表明，無論是單獨接種還是聯合接種，這兩種細菌都能有效緩解堿性脅迫對番茄生長的抑制。它們通過促進種子萌發、刺激根系發育、增強光合作用、提高養分吸收效率以及激活內源防御系統（包括積累滲透調節物質、抗氧化物質和上調脅迫相關基因），全方位地提升了番茄幼苗在堿性土壤中的適應性和生長活力。其中，單菌接種（尤其是VITK-3）在促進早期生長和生物量積累方面優勢明顯，而聯合接種在激活綜合生化防御反應和部分生理指標上表現出協同或疊加效應。

該研究的創新之處在于，不僅系統評估了PGPR在堿性這一特定脅迫下的應用效果，還從生理、生化到分子層面揭示了其潛在的作用通路，特別是明確了相關養分轉運和脅迫響應基因的上調。這為將Pseudomonas sp. VITK-1和Burkholderia sp. VITK-3開發成用于改良堿性土壤、提高番茄等作物產量和抗逆性的微生物接種劑提供了堅實的科學依據。未來研究可進一步探索其在大田條件下的應用效果、與土壤微生物組的互作及其對作物最終產量和品質的影響。