康氏木霉对小麦和黄瓜种子发芽的影响

赵诗杰，梁 松，邱新月，许 蓉，张作刚，畅引东，姚艳平

（山西农业大学 植物保护学院，山西 太谷 030801）

木霉菌（Trichoderma）作为一类常见的、应用广泛的生防菌株，在植物病害的防治中具有广阔的研究与开发前景[1-3]。生防木霉菌具有竞争作用、促生作用、重寄生作用和拮抗作用等多种作用机制[4-6]，其促生效果主要表现为提高种子发芽率、增加植株高度、降低倒伏率、增大叶面积、促进提前开花[7-9]等。

木霉菌不但能够抑制多种病原菌[10-11]，还能促进小麦、水稻、玉米、蔬菜、水果和烟草等多种植物种子、幼苗的生长发育，提高种子的发芽率和出苗率，促进土壤营养的转化吸收[12-13]。张屹等[14]研究表明，棘孢木霉（T. asperellum）处理后水稻的株高、地上部干质量、根际土壤总氮和硝态氮含量均显著增加。刘峰等[15]研究发现，哈茨木霉（T.harzianum）对玉米苗期的根系、叶长、叶宽、茎粗、株高、鲜质量和干质量等生长指标均有显著提高作用。赵晓燕等[16]研究表明，盖姆斯木霉（T. gamsii）孢子悬浮液能够显著提高黄瓜种子的发芽率、发芽指数和活力指数。周晓馥等[17]、刘畅等[18]、张欣玥等[19]和王禹佳等[20]研究均表明，木霉菌对黄瓜幼苗的生物量、光合能力和植物抗性具有促进作用。霍雪雪等[21]研究也发现，绿色木霉（T. viride）孢子液可以促进黄瓜种子萌发、幼苗生长和生物量增加。YU 等[22]研究发现，高浓度的木霉菌孢子悬浮液能促进番茄幼苗的生长，促进有效氮的吸收，提高番茄幼苗的抗性。潘宣圳等[23]研究表明，木霉固体发酵物可促使小白菜根长、叶长、鲜质量显著增加。HALIFU等[24]研究发现，木霉菌能促进樟子松幼苗的生长，促进根际土壤中总磷、全氮、铵态氮、硝态氮和有机质的转化。张烨等[25]也研究发现，哈茨木霉培养液浓度在30%时对烟草具有明显的促生作用。

康氏木霉菌株（T. koningii）为山西农业大学植物病理重点实验室前期筛选出的具有高效抑菌活性的生防菌株，为了明确该生防菌株的促生效果，本研究选用单子叶植物小麦种子和双子叶植物黄瓜种子为试验材料，探索康氏木霉菌株孢子悬浮液和培养滤液对小麦和黄瓜种子萌发和生长的影响，为康氏木霉菌株促生作用机制的研究奠定基础，为康氏木霉生防菌剂的开发和利用提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

小麦种子（运旱20410）由山西农业大学农学院提供；黄瓜种子（中裕新春四号）由山西省中裕种业公司提供；供试木霉菌株为康氏木霉菌株（Trichoderma koningii），由山西农业大学植物病理重点实验室提供。

1.2 试验方法

试验于2021 年10-12 月在山西农业大学植物保护学院植物病理重点实验室进行。

1.2.1 培养基的配制 马铃薯琼脂固体培养基：马铃薯200 g，葡萄糖20 g，琼脂粉15 g，蒸馏水1 L，121 ℃高压灭菌20 min 后备用。

1.2.2 菌种的活化 将康氏木霉菌株接种于马铃薯琼脂固体培养基上，置于25 ℃恒温培养箱倒置培养。

1.2.3 康氏木霉菌孢子悬浮液的制备 在已培养好的康氏木霉菌的平板培养基上倒入无菌水，刮取菌丝，得到一定浓度的孢子悬浮液，稀释成1.0×103、1.0×105、1.0×107cfu/mL 等3 个浓度。

1.2.4 康氏木霉发酵液的制备 将康氏木霉菌株接种至已灭菌的PDB 液体培养基中，在25 ℃、160 r/min 的摇床上振荡培养8 d，培养基中会产生大量菌体及孢子，用4 层无菌纱布过滤，得到木霉菌的发酵原液。将发酵原液通过细菌过滤器进行抽滤，获得抽滤发酵液；将发酵原液进行121 ℃高压灭菌20 min 后，得到灭菌发酵液。分别将发酵原液、抽滤发酵液和灭菌发酵液稀释为100%、75%、50%、25%、10%和1%的浓度备用。

1.2.5 康氏木霉菌浸种处理 先将小麦、黄瓜种子用75%的酒精进行表面消毒，无菌水冲洗3～4 次后用无菌水浸泡3 h，分别用不同浓度的康氏木霉菌孢子悬浮液、发酵原液、抽滤发酵液、灭菌发酵液浸泡小麦和黄瓜种子5 h，用无菌水冲洗3 次，放置于培养皿中保湿催芽，每皿放20 粒种子，孢子悬浮液处理以无菌水作为对照，发酵原液、抽滤发酵液、灭菌发酵液处理以PDB 液体培养基作为对照，每个处理重复3 次。分别于发芽后第2、3 天统计种子发芽率、芽长和根长，计算康氏木霉菌株的促生率。

1.3 数据分析

采用SPSS 25.0 软件对数据进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 康氏木霉菌孢子悬浮液对小麦种子萌发与生长的影响

从表1 可以看出，康氏木霉菌孢子悬浮液处理小麦种子2 d 后，明显促进小麦种子芽的生长，与对照相比差异显著，浓度为1.0×103cfu/mL 处理的小麦种子芽长最长，达到1.12 cm，促生率为60.00%。不同浓度孢子悬浮液对小麦种子根的生长均有促进作用，1.0×103cfu/mL 孢子悬浮液的根长促生率为26.85%，与对照相比差异显著。康氏木霉孢子悬浮液对小麦种子的发芽率没有促生作用，反而在一定程度上抑制了种子的发芽，发芽抑制率为3.16%。康氏木霉菌孢子悬浮液处理小麦种子3 d 后，对小麦种子发芽率、芽长和根长的促进作用不一致，但均与对照没有显著性差异。综合分析，1.0×103cfu/mL 的康氏木霉菌孢子悬浮液对小 麦种子生长的促生效果最好。

表1 康氏木霉菌孢子悬浮液对小麦种子生长的影响Tab.1 Effects of Trichoderma koningii spore suspension on wheat seed growth

2.2 康氏木霉菌发酵液对小麦种子萌发与生长的影响

康氏木霉菌发酵液对小麦种子生长的影响如表2 所示。

表2 康氏木霉菌发酵液对小麦种子生长的影响（3 d）Tab.2 Effects of Trichoderma koningii fermentation broth on wheat seed growth（3 d）

从表2 可以看出，康氏木霉菌发酵原液处理小麦种子3 d 后，芽长、根长与对照相比差异显著；10%的发酵原液处理后，芽长达到最大，为1.96 cm，芽长促生率为79.82%；50%发酵原液处理后根长为3.59 cm，根长促生率达到最大，为44.18%。25%和1%发酵原液处理后，发芽率达到最高，均为97%，与对照相比差异显著。康氏木霉抽滤发酵液处理均抑制了小麦种子芽长的生长，100%抽滤发酵液的抑制率最高，达28.18%。除100%和1%浓度外，其他浓度的抽滤发酵液同时也抑制了小麦种子的发芽率；所有浓度的抽滤发酵液处理均促进根的生长，10%和100%的抽滤发酵液根促生率较高，分别可达10.40% 和13.25%。康氏木霉菌灭菌发酵液对小麦芽长的促生作用最强，芽长促生率均在90%以上；1%灭菌发酵液处理3 d后芽长为2.25 cm，芽长促生率达到106.67%。康氏木霉菌灭菌发酵液各浓度处理的根长与对照相比差异显著，均促进根的生长，10%灭菌发酵液处理后根长达到3.04 cm，根长促生率为22.18%；75%灭菌发酵液处理的发芽率达到100%，促生率达7.53%。

2.3 康氏木霉菌孢子悬浮液对黄瓜种子萌发与生长的影响

康氏木霉菌孢子悬浮液对黄瓜种子发芽与生长的影响如表3 所示。在发芽后3 d，黄瓜种子虽已萌发，但大部分的种子芽长为0 cm，故未对黄瓜种子的芽长指标进行测定。木霉菌孢子悬浮液处理黄瓜种子后，其根长和发芽率表现不同。1.0×103cfu/mL的康氏木霉菌孢子悬浮液处理黄瓜种子2 d 后，根长最大，达到2.17 cm，根长促生率为16.04%。1.0×105cfu/mL 的康氏木霉菌孢子悬浮液处理黄瓜种子3 d 后，明显抑制了根的生长，根抑制率为9.97%。1.0×103cfu/mL 的孢子悬浮液处理后，发芽率最高，达99%，发芽促生率为7.61%。综合分析，浓度为1.0×103cfu/mL 的康氏木霉菌孢子悬浮液对黄瓜种子的促生作用较好。

表3 康氏木霉菌孢子悬浮液对黄瓜种子生长的影响Tab.3 Effects of Trichoderma koningii spore suspension on cucumber seed growth

2.4 康氏木霉菌发酵液对黄瓜种子萌发与生长的影响

康氏木霉菌发酵液对黄瓜种子萌发与生长的影响如表4 所示。康氏木霉菌发酵原液处理黄瓜种子3 d 后，根长和发芽率与对照相比差异显著，75%的发酵原液处理后，根长达到最大，为4.20 cm，根长促生率为37.81%；100%和10%发酵原液处理后，发芽率达到最高，均为98%，发芽促生率均达6.81%。25%抽滤发酵液处理后黄瓜种子的根长最大，达到5.23 cm，根长促生率为71.59%；25%抽滤发酵液处理后的发芽率达100%，发芽促生率为8.99%。1%康氏木霉菌灭菌发酵液处理黄瓜种子3 d 后根长最大，为3.66 cm，根长促生率达到20.03%；100%和75%灭菌发酵液处理后，发芽率均达到100%，发芽促生率均为8.99%。综合分析，康氏木霉菌抽滤发酵液对黄瓜种子萌发和根生长的促生作用最强。

表4 康氏木霉菌发酵液对黄瓜种子生长的影响（3 d）Tab.4 Effects of Trichoderma koningii fermentation broth on cucumber seed growth（3 d）

续表4 康氏木霉菌发酵液对黄瓜种子生长的影响（3 d）Tab.4（Continued） Effects of Trichoderma koningii fermentation broth on cucumber seed growth（3 d）

3 结论与讨论

本研究表明，康氏木霉菌株对小麦种子的促生效果优于对黄瓜种子的促生效果；对小麦芽长的促生效果优于根长的促生效果。

木霉菌对植物的促生机制表现在4 个方面[26]。首先，木霉菌通过在土壤中产生有机酸，溶解其中难溶的微量元素，或通过螯合或降解可溶解金属氧化物，促进植物营养物质的吸收，进而促进植物生长[27-28]。其次，木霉菌与植物根际微生物发生互作，在木霉促生效果中起到了重要作用[29-30]。再次，木霉具有强根际定植能力，木霉在植物根际定植后，可提高植物的光合效率，使木霉菌和植物达到互利共生[31]。最后，木霉可产生植物激素类物质，如吲哚乙酸（IAA）和赤霉素（GA3），在木霉菌促生效果中，植物激素类物质起到一定的作用[32]。LI 等[33]研究发现，短密木霉（T. brevicompactum）新菌株BF06 可以迅速定植于黄瓜根部表面，对黄瓜幼苗侧根的形成和生长有显著促进作用。张丽荣等[34]研究也发现，木霉制剂可显著提高土壤中细菌、放线菌和真菌的数量，以此来改善土壤微生态环境。康氏木霉对黄瓜和小麦种子的促生作用有可能是产生吲哚乙酸和赤霉素等植物激素物质，从而促进植物种子的生长，具体的促生机理还有待进一步探讨。本研究表明，经发酵原液、抽滤发酵液和灭菌发酵液处理后，小麦种子芽长的促生效果表现为灭菌发酵液优于发酵原液，发酵原液优于抽滤发酵液；而小麦种子根长的促生效果是发酵原液优于灭菌发酵液，灭菌发酵液优于抽滤发酵液。发酵原液、抽滤发酵液和灭菌发酵液处理后，黄瓜种子根长的促生效果是抽滤发酵液优于发酵原液，发酵原液优于灭菌发酵液。针对不同的植物种子，不同形态康氏木霉发酵液的生物活性表现具有极大差异，一方面是由于发酵原液、抽滤发酵液和灭菌发酵液中包含的生物活性因素的差异造成，另一方面，也可能是因为不同植物种子对生物活性因素的敏感性差异造成。

本研究发现，浓度为1.0×105cfu/mL 康氏木霉孢子悬浮液对小麦和黄瓜种子发芽具有一定抑制效果，康氏木霉抽滤发酵液对小麦种子的萌发和芽长生长大多表现为抑制作用，可能是康氏木霉菌产生了具有植物毒性的代谢产物，抑制小麦和黄瓜种子的萌发和芽生长。WRIGHT 等[35]研究发现，绿色木霉在无土培养基上会产生抑制植物生长的绿胶霉素和胶霉毒素。HARAGUCHI 等[36]研究认为，胶霉毒素会对植物乙酰乳酸合成酶活性产生影响，对植物生长产生抑制作用。康氏木霉发酵原液经过121 ℃高压灭菌20 min 处理后得到灭菌发酵液，高温高压的处理过程有可能破坏了发酵液中具有植物毒性的不稳定代谢产物，所以，康氏木霉的抽滤发酵液与灭菌发酵液相比，前者对小麦种子生长的抑制作用较强。本研究中灭菌发酵液对小麦种子的促生效果优于抽滤发酵液，而黄瓜种子表现为抽滤发酵液的促生效果优于灭菌发酵液，造成这种差异的原因有2 个方面：一方面抽滤发酵液和灭菌发酵液中包含的生物活性因素不同，从而造成促生效果的差异；另一方面是康氏木霉发酵原液中包含的代谢产物种类很多，且非常复杂，经过灭菌处理后，高温高压条件促使某些代谢产物的结构或者生物活性发生变化，如破坏了其中具有植物毒性的或促生作用的不稳定代谢产物，进而造成促生效果的变化。

本研究仅仅对康氏木霉菌株的室内促生效果进行了初步的探索，为了明确康氏木霉菌株的促生机制，后期还需开展木霉菌株与植物及根际微生物的互作研究；同时为了提高康氏木霉菌株促生效果应用的稳定性和广泛性，还需开展系统的田间促生试验，优化促生作用条件，为康氏木霉菌株的生防应用奠定理论基础。