木霉菌对芸芥生长相关生理指标的影响

侯雪月 邓俊杰 姚志红 黄寿臣 李嘉哲 茶新有 马德志 张荣沭*

(1.东北林业大学园林学院，哈尔滨 150040； 2.齐齐哈尔医学院黄芪产业研究院，齐齐哈尔 161000)

芸芥(ErucasativaMill.)又称芝麻菜，是十字花科(Brassicaceae)芝麻菜属(Eruca)的一年生草本植物。株形紧凑、营养丰富，经常食用能补钙、增强免疫力、提高肝脏的排毒功能和降低血液中的胆固醇含量[1]。芸芥主要分布在我国西北、华北以及四川、甘肃、新疆等地[2]，是一类极具利用价值的野生乡土植物资源，现今国内外最为推崇的保健新蔬。

木霉菌(Trichodermaspp.)广泛分布于土壤和根际生态系统，对环境适应能力强，生长速度快[3]。木霉菌能定殖于植物的根际，与植物根系形成共生体，来改变其代谢功能，表现在可促进植物生长、增加养分吸收、提高农作物产量等方面[4]。研究证明深绿木霉菌丝体和孢子均能显著促进青蒿幼苗生长[5]；经诱变选育的高效溶磷木霉可显著提高番茄幼苗的株高、根长、茎粗、地上部干质量、地下部干质量等生物量指标，较CK相比可增长40%左右[6]。此外，木霉菌能诱导植物产生系统抗性。木霉稀释发酵液能明显提高白菜、菠菜和辣椒体内的脯氨酸含量和过氧化物酶活性[7]，因此，木霉菌是现今极受关注的一种生防菌肥。

光合作用是植物有机物积累的重要过程，光合作用效率被认为是影响植物生长的重要因素[8～9]。研究认为木霉菌能增强植株的光合作用以促进植物有机物的积累[10～11]。本实验室前期研究发现山新杨施用棘孢木霉其光合—光响应能力显著提升[12]；哈茨木霉接种湿地松幼苗显著地增加其净光合速率和蒸腾速率,同时显著降低气孔导度和胞间二氧化碳的浓度[13]；木霉菌还可通过调节玉米幼苗的光合作用来减轻其盐碱胁迫危害[14]。然而，木霉菌对芸芥生长、光合特性、抗性和营养品质的研究尚未明确。因此，笔者采用本实验室分离鉴定的哈茨木霉T8对芸芥进行大田浸种和浇根处理，通过分析大田条件下在一个生长季内木霉菌对种植三茬30 d龄芸芥的生理指标的影响，以期研制出提高芸芥产量和品质的生防木霉菌剂。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试菌株为哈茨木霉T8(TrichodermaharzianumT8)，由东北林业大学园林学院园林植物应用实验室分离鉴定并保存，无菌条件下采用PDA培养基接种活化的菌株，获得大量木霉分生孢子，用去离子水配制木霉分生孢子悬浮液。

供试植物为芸芥(芝麻菜)，购于吉林省扶余市益农蔬菜种子商店。试验于黑龙江省哈尔滨市东北林业大学苗圃大田进行，分3个时间段进行播种，播种时间分别为2018年5月22日、2018年7月5日和2018年8月18日。总试验面积为135 m2。

1.2 试验方法

芸芥的种子进行如下两种预处理：处理组(T8)采用木霉分生孢子悬浮液浸泡，对照组的种子采用温水浸泡，浸泡时长均为24 h。并将木霉菌液(对照组CK用等量自来水)按照1×1014cfu/kg土均匀拌入干燥大田细土中。

将浸泡后的芸芥种子均匀播于东北林业大学苗圃大田上，其中CK组67.5 m2(每次处理15 m×0.5 m×3 m；3个生物学重复)；T8组67.5 m2，保持土壤湿润，其他培养条件保持一致。在单位面积发芽率达90%时进行记录生长期，当生长30 d时，分别于2018年6月22日，2018年8月5日，2018年9月18日在T8和CK组中各随机选取3株长势一致的芸芥幼苗，每株苗选择3片成熟健康的顶生叶片，进行芸芥光合特性的测定，并取样进行其他生理指标检测。

1.3 指标测定

1.3.1 生长量指标的测定

于采收期随机选取各实验组芸芥进行根长、鲜重生长指标的测定。再将其各组织部位杀青后烘干至恒重，称量干重。

1.3.2 光合日变化测定

测定在无风，光线充足的天气下进行。采用LI-6400XT便携式光合仪，在08:00～16:00，自然光照下，每隔2 h检测净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Cond)和胞间CO2浓度(Ci)四个光合指标。

1.3.3 抗性相关指标测定

超氧化物歧化酶SOD的活性采用氮蓝四唑(NBT)法[15]测定；过氧化物酶POD的活性采用愈创木酚法[15]测定；过氧化氢酶CAT的活性采用紫外吸收法[15]测定；多酚氧化酶PPO的活性采用邻苯二酚法[15]测定；游离脯氨酸含量采用酸性茚三酮比色法[16]测定。

1.3.4 营养品质指标测定

采用分光光度法测定叶绿素含量[17]；可溶性糖的含量采用蒽酮比色法测定[18]；可溶性蛋白质的含量采用考马斯亮蓝G-250染色法测定[19]。

1.4 数据处理

使用Microsoft Office Excel 2007软件包和Minitab 16统计软件包对测量数据进行统计分析。对同一时间点的T8与CK组的差异显著性进行ANOVA分析，在P<0.05下比较差异性。

2 结果与分析

2.1 对芸芥幼苗生长的影响

三茬芸芥的物质积累量测量结果见表1。在种植的每一茬中，T8组无论是叶鲜重、叶干重还是根鲜重、根干重、根长指标多显著高于CK组(P<0.05；第一茬根长指标除外)。

表1 芸芥叶和根的指标测定

注：图中不同小写英文字母表示在0.05水平上差异显著，下同。

Note:Different lowercase English letters indicate significant differences at 0.05 level,the same as below.

表2 芸芥抗性相关酶活性

图1 芸芥Pn、Tr、Cond和Ci的日变化Fig.1 Diurnal variation of Pn,Tr,Cond and Ci on rocketsalad

表3 芸芥可溶性糖和可溶性蛋白含量

2.2 芸芥叶片光合日变化动态因子分析

由图1a可见，木霉处理提高了三茬芸芥的净光合速率(Pn)。T8与CK组芸芥的Pn日变化趋势一致，均是先升高后下降，单峰值都出现在正午12:00，并且Pn第一茬>Pn第二茬>Pn第三茬。

与芸芥Pn日变化曲线相似，芸芥的蒸腾速率(Tr)曲线变化也呈单峰形，表现为先升高后降低的趋势，且三茬试验中TrCK均低于TrT8(见图1b)。

芸芥第一茬T8和CK组的气孔导度(Cond)变化都较为平稳(见图1c)，T8组都明显高于CK组(P<0.05)；但第二、第三茬时，CK组的Cond却略高于T8组(仅在第二茬中，在12:00～14:00某一时刻之后，T组的Cond开始高于CK组)。

T8与CK组芸芥叶片胞间CO2浓度(Ci)日变化趋势一致，先降低后上升，呈“V”字型(第二茬CK组除外，但不显著)(见图1d)。在芸芥的三茬连种试验中，第一和第三茬芸芥T8与CK组的Ci均在中午12:00处于最低值，第二茬芸芥CK组的Ci在中午12:00达到最低值，T8组却在早上10:00达到最低值。但T8组芸芥的Ci均低于同茬CK组。

2.3 对芸芥抗性相关指标的影响

SOD、POD、CAT、PPO和脯氨酸与植物抗性相关。由表2可见，两组芸芥叶片的SOD和PPO活性第一茬时均无显著差异，但在第二茬时T8组的SOD活性显著高于CK组(P<0.05)，第三茬时T8组的这两个指标均显著高于CK(P<0.05)。POD活性和CAT活性不同时期的变化完全相反，第一茬中芸芥CK组的POD活性显著高于T8组(P<0.05)，T8组的CAT活性显著高于CK组(P<0.05)，但在第三茬时T8组POD活性显著高于CK组(P<0.05)，CK组的CAT活性显著高于T8组(P<0.05)。脯氨酸含量变化与PPO活性趋势相同，到第三茬时T8组才显著高于CK组(P<0.05)。

2.4 对芸芥营养品质指标的影响

三茬芸芥的营养品质指标测定结果见表3：不同时期T8组芸芥叶片的叶绿素含量、可溶性糖和可溶性蛋白均显著高于同期CK组(P<0.05)。

3 讨论

本研究进行芸芥木霉和无木霉处理的大田试验，通过分析其在一个生长季连种三茬的生长相关生理指标的变化，发现木霉处理组芸芥在生物量、光合能力、防御酶活性、脯氨酸含量和营养指标上均有一定的改善，具体表现在：

(1)生物量是最直接反映芸芥生理特性的重要指标。本研究表明，木霉T8组中，无论是叶鲜/干重还是根鲜/干重指标均显著高于同茬的CK组(P<0.05；第一茬和第二茬叶长除外)。这说明，木霉处理能够增强芸芥的生物量，从而提高其产量。根长反映植株蓄水保水能力强弱。本研究还发现T8组根长在后两茬中显著高于同期的CK组(P<0.05)，这表明木霉能够促进芸芥的蓄、保水能力，从而调控其生长。

(2)本试验发现木霉菌能在一定程度上提高芸芥的净光合速率，降低其蒸腾速率，调整胞间CO2浓度。光合作用是植物赖以生存的基础，同时对环境条件的变化十分敏感。与第一茬芸芥相比，午后16:00时第二、第三茬芸芥的T8组和CK组的Pn均明显降低，其主要原因可能是由于种植地附近有高大建筑物，在秋季午后对种植地有遮挡，故会出现急剧下降的趋势。三茬试验中TrCK均低于TrT8，表明在适量的木霉菌诱导下可改善芸芥对水分的蒸发能力。植物一直是通过改变气孔数目和开闭程度来调节叶片的蒸腾速率和水势，并且光合作用和干物质积累所需要的二氧化碳也是通过气孔获得，所以气孔在调控水分丢失和光合作用之间总是处于一种折中状态。在第一茬时T8组的气孔导度明显高于CK组，与其相比，第二和第三茬的T8组较CK组Cond值下降得更快、更低，其最有可能的原因的是由于天气温度逐渐升高，芸芥本身为了避免水分过度缺失降低其气孔导度，木霉菌增强了这一特性。但具体机理有待进一步研究。

(3)SOD、POD、CAT和PPO是植物体内抗性相关的4类酶[20]，这些酶通常在植物抵御外界病原菌及不良条件时发挥重要作用。SOD具有特殊的生理活性，是生物体内清除氧自由基的首要物质[21]。POD是一类活性较高的酶，与植物的呼吸作用、光合作用及生长素的氧化等都有关系[22]。CAT是植物体内最主要的H2O2清除酶，在活性氧清除系统中具有重要作用[23]。PPO可通过催化木质素及醌类化合物形成，构成保护性屏蔽而使细胞免受病菌的侵害，也可通过形成醌类物质直接发挥抗病防虫作用[24]。本研究发现经木霉处理的芸芥的抗氧化酶活性和脯氨酸含量均有一定程度上的提高，或许与木霉诱导植物提高局部和系统抗性有关，其调控机制有待于后期深入研究。

(4)叶绿素含量是评估植物营养和生长状况的重要指标。在植物同化物积累期间，叶片的叶绿素水平与光合强度呈正相关[25]。本研究发现T8组芸芥的叶绿素含量显著高于CK组(P<0.05)，这说明木霉能通过提高芸芥体内的叶绿素含量，从而改善其光合作用能力。另一方面，叶绿素具有改善便秘、降低胆固醇、抗衰老、排毒消炎、脱臭、抗癌抗突变等功能；叶绿素还可以防治感冒；增强记忆力[26]。此外，可溶性糖和可溶性蛋白作为植物体内主要的碳素和氮素的存在形式，也是两项重要的评价植物营养品质的指标。本研究发现，芸芥幼苗T8组叶片的可溶性糖和可溶性蛋白含量均显著提高，说明木霉能够提高芸芥的营养品质，并增强其口感。总之，本研究结果为研制提高芸芥产量和品质的木霉生防菌剂提供了理论依据。