接种木霉对本氏烟草生长及营养吸收的影响

李一晗　庄文化　曾玥　谭霄　谭博

摘 要：木霉对促进植物的生长发育具有重要作用，对现代农业生产至关重要，但植物的营养吸收和代谢过程对木霉的响应机制尚缺乏深入研究。为探究哈茨木霉对植物的促生作用及生理生化特性的影响，采用木霉孢子悬浮液灌根的方法进行本氏烟草盆栽试验，测算烟草株高、叶面积、叶片氮磷含量、叶绿素含量、抗氧化酶（POD和SOD）活性。结果表明，相比于对照组，木霉处理后的烟草株高、叶面积和地上干重分别增加47.06%、46.67%和26.23%;植物叶片氮、磷含量分别增加18.57%、34.94%;叶绿素a和叶绿素b含量分别增加19.86%、39.01%;过氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）的活性显著上升。因此，木霉通过促进土壤矿化，有利于植物营养吸收，显著增加植物的株高、叶面积，进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，最终提高了地上部分的干物质量积累。

关键词：本氏烟草;哈茨木霉;灌根;促生效果;生理生化特性

中图分类号 S435.72 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2022）07-0036-04

随着农田土壤质量降低、化肥利用率低下等问题的日渐突出，使用生物技术来促进植物营养吸收并增加作物产量成为研究人员重点关注的方向[1]。木霉是一种在植物根部定殖的根系促生菌（Plant Growth-Promoting Fungi），其通过分泌有机物和小分子化合物可以促进土壤矿化，调节植物激素浓度，促进植物根系发育，提高植物吸收水分和养分的能力，并提高植物的抗逆性，对促进植物的生长发育具有重要作用[2-4]。研究发现，木霉菌剂的施用显著提高了黄瓜幼苗叶片保护酶活性，显著促进了黄瓜幼苗根系的生长，提高了黄瓜幼苗的株高、茎粗和干重[5，6]，同样有效的植物还有蕨菜、番茄、茉莉等[3，7，8]。木霉接种技术虽然在某些传统农作物上已有了初步的实践，但由于不同作物的生长特性差别较大，对木霉影响下植物的营养代谢和生理反应认识不足，特别是接种后植物的叶绿素含量、抗氧化酶活性、营养吸收和代谢过程对促生效果的响应等，不利于相关生物技术的推广和使用。为此，本研究采用模式植物——本氏烟草（N. benthamiana）开展盆栽试验，旨在为根系促生菌的研究和应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料 供试植物为本氏烟草（N. benthamiana），供试菌种为哈茨木霉（TRA1-16）。

1.2 试验方法 将100g土壤（泥炭土与蛭石按3∶1比例混合）装入盆中（10cm×10cm×9cm），浸泡土壤至饱和，然后将消毒后的本氏烟草种子播种在盆中。14d后，取生长较为一致的烟苗，进行移栽，共8盆，每盆1株。在PDA平板上接种木霉菌，28℃下避光培养7d，用无菌水冲洗孢子得到悬浮液，并在显微镜下计算孢子浓度为6×107（CFU/mL）。当烟草幼苗长出2片真叶时，用木霉孢子悬浮液每隔2d进行1次灌根处理，对照组用无菌水灌根。即2种处理，每个处理4次重复。所有的植物都在受控条件下生长，温度为25℃～26℃，光周期为16/8h（光/暗），光照强度为150μmol·m−2 s−1，相对湿度为70%～80%。

1.3 指标测定 在生长期间测量烟草的株高、茎粗和叶面积。叶面积由系数法确定（k=0.75）[9]。收获植物后用分析天平测量地上部分的干重。植物叶片的氮含量用凯氏定氮法测定[10]，叶片的磷含量用钼锑抗分光光度法测定[11]。叶绿素含量的测定：使用乙醇提取法提取叶片中的色素，用分光光度计测定[12]。利用南京建成生物工程研究所的过氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）试剂盒测定烟草叶片中的酶活性，按试剂盒中步骤进行。利用Microsoft Excel 2016软件进行图表制作，利用IBM SPSS Statistics 19软件进行显著性分析。

2 结果与分析

2.1 烟草氮、磷元素含量 从图1可以看出，接种木霉处理显著增加了烟草的氮、磷元素的含量（p<0.05），相比于对照组分别增加18.57%、34.94%。可见木霉通过改善土壤肥力，提高植物对氮、磷的吸收，进而促进生长。这种促生现象与先前在茉莉花、凤仙花等植物种植研究中的结果类似[8，13]。在本研究中，我们发现接种木霉处理显著增加了烟草的氮、磷元素的含量。这可能是由于木霉的定殖改善了土壤环境，当木霉在植物根系定殖后，其分泌的物质可以溶解土壤中的复杂化合物，提高土壤肥力[14]。木霉与植物互作后释放乳酸、柠檬酸等有机酸，在溶解磷素及微量元素中发挥了重要作用[3]。此外，木霉通过影响植物根系的生长，进而引起土壤微生物区系的变化，以提高土壤铵态氮、硝态氮的含量[15]。木霉为植物的生长提供更多的营养，进而提高了植物的营养元素含量。之前的研究发现，施用木霉菌剂后，土壤碱性氮、有效磷含量对比对照组增加36.25%、26.01%[16]。木霉侵染后，黄瓜幼苗的硝态氮含量相较于对照组增加54.45%[17]。

2.2 煙草生长指标及干物质量 从图2可以看出，接种木霉处理显著增加了烟草的株高、叶面积和地上干重（p<0.05），相比于对照组分别增加47.06%、46.67%和26.23%;接种处理烟草的茎粗也有相对增加趋势。由此可见，木霉对烟草株高、叶面积、地上干重等重要指标的提高都有明显效果，这与之前相关研究结果一致：木霉处理后的辣椒幼苗株高、干重分别较对照组提高3.27%、14.88%[18];木霉菌可显著提高黄瓜幼苗的株高、叶面积和全株质量[19]。这是由于木霉通过改变土壤理化性质提高了植物的营养吸收效率，促进了根系发育[20]、叶片生长[21]和光合速率，促进植物株高增长、生物量的累积[22]。

2.3 烟草叶绿素含量 从图3可以看出，接种木霉处理显著增加了烟草的叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量（p<0.05），相比于对照组分别增加19.86%、39.01%和24.69%。但接种处理对类胡萝卜素含量则无显著影响。光合作用是植物生长中能量供应的重要过程，其速率可通过叶绿素浓度来反应。在本研究中，木霉显著提高了烟草叶片的叶绿素a和叶绿素b含量，进而提高叶片的光合作用，促进植物生长发育。在对辣椒和马铃薯的研究中也发现了类似的结果[23]。在对棉花和小麦施用木霉菌后，发现叶绿素含量相比于对照组提高63.76%、26.51%，并且木霉都表现出了显著的促生效果[24，25]。木霉侵染植物后，叶片叶绿素含量的提高可能与氮、磷的吸收有关。这是因为氮是叶绿素的重要组成元素[26]，而磷是叶绿体膜的构成成分[27]，木霉通过促进植物吸收营养元素，从而有利于叶绿体的形成[28]。此外，叶绿素含量的提高还可能与木霉有效缓解植物的膜脂过氧化有关[29]。

2.4 烟草抗氧化酶活性 从图4可以看出，接种木霉处理显著增加了烟草的POD和SOD活性（p<0.05），相比于对照组分别增加35.38%、31.92%。抗氧化酶系统是植物的重要防御体系，植物通过合成酶性抗氧化剂（如POD、SOD等）来减轻活性氧引起的氧化损伤，进而保证其正常的生长发育[30，31]，抗氧化酶活性的高低可以反映植物抗逆能力的强弱[32]。在本实验中，相较于对照组，木霉显著提高了烟草组织的SOD、POD活性，在对白杨[33]、允芥[34]、藜[35]的研究中也发现了类似的结果。这可能是因为木霉菌通过一系列复杂的信号网络来诱导抗氧化基因表达产生变化[36]。有研究认为，木霉通过刺激植物产生信号分子（如茉莉酸甲酯），进而诱导编码抗氧化酶基因的表达[37]。此外，木霉接种会显著提高叶绿体和细胞膜酶的表达，进而提高POD、SOD的活性[38]。

3 结论与讨论

木霉作为一种无毒性根系促生菌，对植物生长和发育有重要影响，对绿色农业生产技术的发展至关重要。本文通过盆栽试验，用木霉孢子悬浮液对本氏烟草进行灌根处理，揭示了木霉接种后烟草的营养吸收和代谢过程对木霉的响应机制。结果表明，木霉在本氏烟草根系定殖后，通过分泌有机物、小分子物质来溶解土壤复杂化合物，并改善土壤微生物环境，促进土壤矿化，进而促进植物吸收氮磷等营养物质。氮、磷的供给有利于烟草叶绿体的形成，提高了植物光合速率。进一步的，木霉通过提高叶绿体和细胞膜酶的表达，提高了植物抗氧化酶的活性。木霉通过吸收营养、提高光合速率、提高抗氧化酶活性，促进植物的生长，植物的株高、叶面积等显著提高，促进了植物生物量的积累。综上所述，木霉参与调控的生防促生机制是多维度的，包括增加营养物质供应、促进光合速率、增加抗氧化酶活性等。然而，木霉与植物互作的机制是十分复杂的，仍需要进一步的研究和验证。

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（责编：张宏民）

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：四川省科技厅重点研发项目（2019YFN0153）;高校基本科研业务费（2021SCU12037）。

作者简介：李一晗（1996—），男，青海人，硕士研究生，研究方向：农业水土环境与植物生理学。

通讯作者：谭博（1990—），男，助理研究员，博士，研究方向：农业水土环境。  收稿日期：2021-11-21