大豆 (Glycine max(L.) Merr.)作为一种重要的全球性的粮食作物，为人类提供优质的植物蛋白和油脂产品的同时，也是动物的饲料来源。由于中国人的饮食习惯，对大豆油及大豆制品的热衷，使得对大豆的需求呈现逐年递增趋势，约80%的大豆需要进口。碱胁迫是大豆生长发育的主要限制因素之一，严重影响大豆的生产和产量。黑龙江省有可开发苏打盐碱地1500万亩，提高大豆耐碱能力，扩大大豆种植面积，对于提高我国大豆总产量，缓解大豆对外依存度，保证我国粮食安全，具有十分重要的现实意义。因此，急需解析大豆响应碱胁迫的分子机制。近年来，关于植物响应碱胁迫的研究虽已取得一定进展，但植物促生菌（plant growth-promoting rhizobacteria，PGPR）能否以及如何增强大豆的耐碱性仍有待探索。

东北地理所大豆抗逆育种学科组孟凡立研究员团队与农田分子生态学科组于镇华副研究员团队联合攻关，成功分离出一株耐碱的克雷伯氏属菌株B7，系统揭示了其通过分泌丙酮酸激活大豆根系L-苹果酸合成，从而增强大豆耐碱性的新机制，并在盐碱地田间试验中实现大豆增产33.19%。该成果为解析微生物介导的大豆耐碱分子机制提供了理论依据，也为利用微生物提升大豆耐碱性及盐碱地产能提升提供了新思路与菌种资源。

两个团队成员从山东东营盐碱地的碱蓬根系中，成功分离并鉴定出一株耐碱的克雷伯氏属菌株（Klebsiella sp.），命名为B7。该菌株可在pH高达10.0的环境中正常生长。代谢组分析显示，碱胁迫会促使菌株B7分泌大量丙酮酸。这些丙酮酸被大豆根系吸收后，激活根部L-苹果酸合成通路，提升该通路上相关基因的表达水平和关键酶活性，从而促进L-苹果酸的合成与积累。功能验证结果显示，过表达大豆L-苹果酸合成通路中的关键基因和外源施加L-苹果酸，均可显著提高大豆苗期的耐碱性。与对照组相比，在中重度苏打盐碱地（pH 9.2—9.5）大豆田苗期根际接种菌株B7，产量提升33.19%。进一步分析表明，接种菌株B7能够重塑大豆根际土壤微生物群落结构，显著提升包括蓝细菌在内的多种抗逆相关有益微生物的相对丰度。该研究首次系统阐明了植物促生菌在大豆应答碱胁迫中的重要作用，揭示了耐碱菌株B7通过代谢产物丙酮酸，调控宿主苹果酸合成与积累、增强耐碱能力并实现产量提升的分子机制。菌株B7在苏打盐碱地大豆生产中具有良好的应用潜力，为实现盐碱地大豆产能提升提供理论支持与微生物资源（图1）。

相关研究成果发表在中国科学院一区Top期刊《Journal of Integrative Plant Biology》（IF：11.4）上。东北地理所博士后曹英雪博士、李洋博士、东北农业大学联合培养硕士研究生姜懿珈为该论文共同第一作者，东北地理所孟凡立研究员和于镇华副研究员为该论文共同通讯作者。该研究得到了中国科学院重大科技任务、黑龙江省自然科学基金（JQ2023C008）、国家自然科学基金（32172032）、中国科学院创新团队（2023CXTD01）及吉林省与中国科学院科技合作高技术产业化专项资金项目（2024SYHZ0050）的联合资助。

论文信息：Yingxue Cao, Yijia Jiang, Yang Li, Yong Long, Siyu Huang, Hongwei Li, Miao Yang, Mingyu Yang, Yuecheng Tang, Bo Zhang, Zhongming Fang, Ming Yuan, Zhenhua Yu* and Fanli Meng*. Klebsiella sp. strain B7 enhances alkaline tolerance by secreting pyruvic acid to accelerate L-malic acid accumulation in soybean. DO1:10.1111/jipb.70188

论文链接：http://doi.org/10.1111/jipb.70188

图1 B7通过分泌丙酮酸调控宿主苹果酸合成与积累、增强耐碱能力的工作模型