接種木霉對本氏煙草生長及營養(yǎng)吸收的影響

李一晗　莊文化　曾玥　譚霄　譚博

摘 要：木霉對促進植物的生長發(fā)育具有重要作用，對現(xiàn)代農業(yè)生產(chǎn)至關重要，但植物的營養(yǎng)吸收和代謝過程對木霉的響應機制尚缺乏深入研究。為探究哈茨木霉對植物的促生作用及生理生化特性的影響，采用木霉孢子懸浮液灌根的方法進行本氏煙草盆栽試驗，測算煙草株高、葉面積、葉片氮磷含量、葉綠素含量、抗氧化酶（POD和SOD）活性。結果表明，相比于對照組，木霉處理后的煙草株高、葉面積和地上干重分別增加47.06%、46.67%和26.23%;植物葉片氮、磷含量分別增加18.57%、34.94%;葉綠素a和葉綠素b含量分別增加19.86%、39.01%;過氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）的活性顯著上升。因此，木霉通過促進土壤礦化，有利于植物營養(yǎng)吸收，顯著增加植物的株高、葉面積，進而提高了光合速率和抗氧化酶的活性，提高了植物的抗逆性，最終提高了地上部分的干物質量積累。

關鍵詞：本氏煙草;哈茨木霉;灌根;促生效果;生理生化特性

中圖分類號 S435.72 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2022）07-0036-04

隨著農田土壤質量降低、化肥利用率低下等問題的日漸突出，使用生物技術來促進植物營養(yǎng)吸收并增加作物產(chǎn)量成為研究人員重點關注的方向[1]。木霉是一種在植物根部定殖的根系促生菌（Plant Growth-Promoting Fungi），其通過分泌有機物和小分子化合物可以促進土壤礦化，調節(jié)植物激素濃度，促進植物根系發(fā)育，提高植物吸收水分和養(yǎng)分的能力，并提高植物的抗逆性，對促進植物的生長發(fā)育具有重要作用[2-4]。研究發(fā)現(xiàn)，木霉菌劑的施用顯著提高了黃瓜幼苗葉片保護酶活性，顯著促進了黃瓜幼苗根系的生長，提高了黃瓜幼苗的株高、莖粗和干重[5，6]，同樣有效的植物還有蕨菜、番茄、茉莉等[3，7，8]。木霉接種技術雖然在某些傳統(tǒng)農作物上已有了初步的實踐，但由于不同作物的生長特性差別較大，對木霉影響下植物的營養(yǎng)代謝和生理反應認識不足，特別是接種后植物的葉綠素含量、抗氧化酶活性、營養(yǎng)吸收和代謝過程對促生效果的響應等，不利于相關生物技術的推廣和使用。為此，本研究采用模式植物——本氏煙草（N. benthamiana）開展盆栽試驗，旨在為根系促生菌的研究和應用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料 供試植物為本氏煙草（N. benthamiana），供試菌種為哈茨木霉（TRA1-16）。

1.2 試驗方法 將100g土壤（泥炭土與蛭石按3∶1比例混合）裝入盆中（10cm×10cm×9cm），浸泡土壤至飽和，然后將消毒后的本氏煙草種子播種在盆中。14d后，取生長較為一致的煙苗，進行移栽，共8盆，每盆1株。在PDA平板上接種木霉菌，28℃下避光培養(yǎng)7d，用無菌水沖洗孢子得到懸浮液，并在顯微鏡下計算孢子濃度為6×107（CFU/mL）。當煙草幼苗長出2片真葉時，用木霉孢子懸浮液每隔2d進行1次灌根處理，對照組用無菌水灌根。即2種處理，每個處理4次重復。所有的植物都在受控條件下生長，溫度為25℃～26℃，光周期為16/8h（光/暗），光照強度為150μmol·m?2 s?1，相對濕度為70%～80%。

1.3 指標測定 在生長期間測量煙草的株高、莖粗和葉面積。葉面積由系數(shù)法確定（k=0.75）[9]。收獲植物后用分析天平測量地上部分的干重。植物葉片的氮含量用凱氏定氮法測定[10]，葉片的磷含量用鉬銻抗分光光度法測定[11]。葉綠素含量的測定：使用乙醇提取法提取葉片中的色素，用分光光度計測定[12]。利用南京建成生物工程研究所的過氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）試劑盒測定煙草葉片中的酶活性，按試劑盒中步驟進行。利用Microsoft Excel 2016軟件進行圖表制作，利用IBM SPSS Statistics 19軟件進行顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 煙草氮、磷元素含量 從圖1可以看出，接種木霉處理顯著增加了煙草的氮、磷元素的含量（p<0.05），相比于對照組分別增加18.57%、34.94%?？梢娔久雇ㄟ^改善土壤肥力，提高植物對氮、磷的吸收，進而促進生長。這種促生現(xiàn)象與先前在茉莉花、鳳仙花等植物種植研究中的結果類似[8，13]。在本研究中，我們發(fā)現(xiàn)接種木霉處理顯著增加了煙草的氮、磷元素的含量。這可能是由于木霉的定殖改善了土壤環(huán)境，當木霉在植物根系定殖后，其分泌的物質可以溶解土壤中的復雜化合物，提高土壤肥力[14]。木霉與植物互作后釋放乳酸、檸檬酸等有機酸，在溶解磷素及微量元素中發(fā)揮了重要作用[3]。此外，木霉通過影響植物根系的生長，進而引起土壤微生物區(qū)系的變化，以提高土壤銨態(tài)氮、硝態(tài)氮的含量[15]。木霉為植物的生長提供更多的營養(yǎng)，進而提高了植物的營養(yǎng)元素含量。之前的研究發(fā)現(xiàn)，施用木霉菌劑后，土壤堿性氮、有效磷含量對比對照組增加36.25%、26.01%[16]。木霉侵染后，黃瓜幼苗的硝態(tài)氮含量相較于對照組增加54.45%[17]。

2.2 煙草生長指標及干物質量 從圖2可以看出，接種木霉處理顯著增加了煙草的株高、葉面積和地上干重（p<0.05），相比于對照組分別增加47.06%、46.67%和26.23%;接種處理煙草的莖粗也有相對增加趨勢。由此可見，木霉對煙草株高、葉面積、地上干重等重要指標的提高都有明顯效果，這與之前相關研究結果一致：木霉處理后的辣椒幼苗株高、干重分別較對照組提高3.27%、14.88%[18];木霉菌可顯著提高黃瓜幼苗的株高、葉面積和全株質量[19]。這是由于木霉通過改變土壤理化性質提高了植物的營養(yǎng)吸收效率，促進了根系發(fā)育[20]、葉片生長[21]和光合速率，促進植物株高增長、生物量的累積[22]。

2.3 煙草葉綠素含量 從圖3可以看出，接種木霉處理顯著增加了煙草的葉綠素a、葉綠素b和總葉綠素含量（p<0.05），相比于對照組分別增加19.86%、39.01%和24.69%。但接種處理對類胡蘿卜素含量則無顯著影響。光合作用是植物生長中能量供應的重要過程，其速率可通過葉綠素濃度來反應。在本研究中，木霉顯著提高了煙草葉片的葉綠素a和葉綠素b含量，進而提高葉片的光合作用，促進植物生長發(fā)育。在對辣椒和馬鈴薯的研究中也發(fā)現(xiàn)了類似的結果[23]。在對棉花和小麥施用木霉菌后，發(fā)現(xiàn)葉綠素含量相比于對照組提高63.76%、26.51%，并且木霉都表現(xiàn)出了顯著的促生效果[24，25]。木霉侵染植物后，葉片葉綠素含量的提高可能與氮、磷的吸收有關。這是因為氮是葉綠素的重要組成元素[26]，而磷是葉綠體膜的構成成分[27]，木霉通過促進植物吸收營養(yǎng)元素，從而有利于葉綠體的形成[28]。此外，葉綠素含量的提高還可能與木霉有效緩解植物的膜脂過氧化有關[29]。

2.4 煙草抗氧化酶活性 從圖4可以看出，接種木霉處理顯著增加了煙草的POD和SOD活性（p<0.05），相比于對照組分別增加35.38%、31.92%?？寡趸赶到y(tǒng)是植物的重要防御體系，植物通過合成酶性抗氧化劑（如POD、SOD等）來減輕活性氧引起的氧化損傷，進而保證其正常的生長發(fā)育[30，31]，抗氧化酶活性的高低可以反映植物抗逆能力的強弱[32]。在本實驗中，相較于對照組，木霉顯著提高了煙草組織的SOD、POD活性，在對白楊[33]、允芥[34]、藜[35]的研究中也發(fā)現(xiàn)了類似的結果。這可能是因為木霉菌通過一系列復雜的信號網(wǎng)絡來誘導抗氧化基因表達產(chǎn)生變化[36]。有研究認為，木霉通過刺激植物產(chǎn)生信號分子（如茉莉酸甲酯），進而誘導編碼抗氧化酶基因的表達[37]。此外，木霉接種會顯著提高葉綠體和細胞膜酶的表達，進而提高POD、SOD的活性[38]。

3 結論與討論

木霉作為一種無毒性根系促生菌，對植物生長和發(fā)育有重要影響，對綠色農業(yè)生產(chǎn)技術的發(fā)展至關重要。本文通過盆栽試驗，用木霉孢子懸浮液對本氏煙草進行灌根處理，揭示了木霉接種后煙草的營養(yǎng)吸收和代謝過程對木霉的響應機制。結果表明，木霉在本氏煙草根系定殖后，通過分泌有機物、小分子物質來溶解土壤復雜化合物，并改善土壤微生物環(huán)境，促進土壤礦化，進而促進植物吸收氮磷等營養(yǎng)物質。氮、磷的供給有利于煙草葉綠體的形成，提高了植物光合速率。進一步的，木霉通過提高葉綠體和細胞膜酶的表達，提高了植物抗氧化酶的活性。木霉通過吸收營養(yǎng)、提高光合速率、提高抗氧化酶活性，促進植物的生長，植物的株高、葉面積等顯著提高，促進了植物生物量的積累。綜上所述，木霉參與調控的生防促生機制是多維度的，包括增加營養(yǎng)物質供應、促進光合速率、增加抗氧化酶活性等。然而，木霉與植物互作的機制是十分復雜的，仍需要進一步的研究和驗證。

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（責編：張宏民）

Effect of Inoculation with Trichoderma on the Growth and Nutrient Uptake of N. benthamiana

LI Yihan? ?ZHUANG Wenhua? ?ZENG Yue? ?TAN Xiao? ?TAN Bo

（State Key Laboratory of Hydraulics and Mountain River Engineering， Chengdu 610065， China; College of Water Resource and Hydropower， Sichuan University， Chengdu 610065， China）

Abstract： Trichoderma has played an important role in promoting plant growth and development， which is crucial for agricultural production， yet the mechanisms of plant nutrient uptake and metabolic processes in response to Trichoderma are still lacking in-depth investigation. To explore the effect of Trichoderma harzianum on the plant′s growth-promoting effect and physiological and biochemical traits， this study was conducted by using Trichoderma spore suspension for root irrigation in a potted experiment of N. benthamiana. Plant height， leaf area， leaf nitrogen and phosphorus content， chlorophyll content， and antioxidant enzymes （POD and SOD） activities were measured. The results showed that the plant height， leaf area and above-ground dry weight of N. benthamiana with Trichoderma inoculation increased by 47.06%， 46.67% and 26.23%， respectively; the nitrogen and phosphorus contents of leaves increased by 18.57% and 34.94%， respectively; the chlorophyll a and chlorophyll b contents increased by 19.86% and 39.01%， respectively; the activities of peroxidase （POD） and superoxide dismutase （SOD） were significantly increased. This study demonstrated that Trichoderma facilitated plant nutrient uptake and significantly increased plant height and leaf area by promoting soil mineralization. As a result， the photosynthetic rate and antioxidant enzyme activity increased， which enhanced plant stress tolerance and ultimately promoted the accumulation of dry matter in above-ground parts.

Key words： N. benthamiana; Trichoderma harzianum; Root irrigation; Growth-promoting effect; Physiological and biochemical characteristics

基金項目：四川省科技廳重點研發(fā)項目（2019YFN0153）;高?；究蒲袠I(yè)務費（2021SCU12037）。

作者簡介：李一晗（1996—），男，青海人，碩士研究生，研究方向：農業(yè)水土環(huán)境與植物生理學。

通訊作者：譚博（1990—），男，助理研究員，博士，研究方向：農業(yè)水土環(huán)境。? 收稿日期：2021-11-21