增強玉米幼苗抗干旱能力內生真菌的篩選

李超 李麗莉 盧增斌 孫藝昕 宋瑩瑩 李喆 門興元

摘要：室內盆栽條件下，將從玉米及小麥組織中分離的20種內生真菌接種玉米幼苗，采用8% PEG-6000模擬干旱脅迫，比較正常澆水及干旱脅迫下玉米幼苗的生長差異。結果顯示，接種玉米來源的Cladosporium、Chaetomium、Beauveria對玉米幼苗的促生作用均優于Epicoccum、Alternaria，其中，LW29（Cladosporium sp.）、JN16（Cladosporium sp.）、NY15 （Chaetomium sp.）及YC1（Beauveria sp.）4個菌株對玉米幼苗的促生作用明顯，可增強玉米幼苗的抗干旱能力。小麥來源的木霉菌JN-MY1（Trichoderma sp.）對玉米幼苗有一定的促生作用，但效果不如NY15、LW29、YC1及JN16。

關鍵詞：干旱脅迫;內生真菌;玉米幼苗;植株生長

中圖分類號：S423+.4??文獻標識號：A??文章編號：1001-4942（2019）06-0139-05

Abstract?In this study， 20 species of endophytic fungi isolated from maize and wheat tissues were inoculated into maize seedlings in a pot experiment under well-watered and drought stress simulated with 8% PEG-6000 in greenhouse. The differences in plant growth were analyzed. The results showed that the growth promoting effect of Cladosporium， Chaetomium and Beauveria from maize tissues on maize seedlings were superior to that of Epicoccum and Alternaria. LW29 （Cladosporium sp.）， JN16 （Cladosporium sp.）， NY15 （Chaetomium sp.） and YC1 （Beauveria sp.） promoted the growth of maize seedlings obviously both under well-water and drought stress conditions enhancing the drought resistance of maize seedlings. JN-MY1 （Trichoderma sp.）， a wheat-based Trichoderma， also exhibited growth-promoting effects on maize seedlings， but less than those of NY15， LW29， YC1 and JN16.

Keywords?Drought stress; Endophytic fungi; Maize seedlings; Plant growth

自然界中的大部分植物都被證實有內生菌寄生，這些內生菌能促進植物的生長及組織分化，同時增強植物抵御一系列生物及非生物脅迫，但不引起植物的損傷[1]。內生真菌在植物體內種類相對豐富，分布較為廣泛的是半殼霉屬、擬隱孢霉屬、擬莖點霉屬及葉點霉屬的種類[2，3]。內生真菌是植物組織與植物共生真菌的主要組成部分，存在于植物的根、莖、葉等多種組織中，其可以增強植物對生物及非生物脅迫的適應性，如有效防治植物病蟲害[4]，促進植物生長[5]、提高植物抗逆性[6，7]。

干旱脅迫是限制作物生長的主要因素之一，對作物的代謝及產量影響嚴重。內生真菌可以促使宿主植物在嚴峻的環境中生存，與植物互作后，可增強植物對非生物脅迫的耐受性，尤其是抗干旱脅迫。研究表明，內生真菌可以通過影響植物的形態發育以及對脅迫的生理生化反應，從而誘導宿主的抗旱性[8]。接種哈茨木霉Trichoderma harzianum（T35）的水稻增強了對干旱脅迫的耐受性，其體內抗氧化酶、超氧化物歧化酶、過氧化氫酶及抗壞血酸過氧化物酶的活性增強[9]。內生真菌還可以通過產生植物生長素，同時抑制鈉離子的吸收或阻止其遷移來增強植物應對干旱脅迫的能力[10]。在鹽、干旱脅迫下，內生真菌通過促進植物對鉀、鈣等養分的吸收，促進養分平衡，從而增加了寄主植物的耐受性[11]。

玉米作為我國種植面積最廣、產量最高的農作物，在保障國家糧食安全中占有舉足輕重的地位[12]。干旱是影響玉米產量的主要因素之一，尤其對幼苗階段的影響較為嚴重，會使幼苗生長緩慢、成活率低，造成不同程度的減產，嚴重時可導致絕產[13]。先前的研究多集中在玉米抗旱機理及抗旱品種的選育上，內生真菌的利用為提高玉米抗旱性提供了新思路。本研究選取從玉米及小麥組織中分離的20種內生真菌接種玉米幼苗，采用8% PEG-6000模擬干旱脅迫[14]，分析正常澆水及干旱脅迫下玉米幼苗的生長差異，以期篩選出能提高玉米抗旱能力的內生真菌，為內生真菌在農業生產中的進一步開發利用提供重要的微生物資源。

1?材料與方法

1.1?內生真菌來源

供試內生真菌分離自玉米葉片、小麥根及葉片，共20株菌株，具體名稱及來源詳見表1。挑取適量菌株接種于9 cm平板的PDA培養基中，25℃培養7 d。待菌絲鋪滿培養基，選取直徑1 cm的菌落接種至100 mL的PDA液體培養基中，25℃，100 r/min培養7 d。

1.2?供試植物及基質

供試玉米品種為鄭單958。培養基質選用混合土壤（營養土∶?蛭石=1∶?1），高溫滅菌備用。

1.3?試驗方法

選取大小一致、飽滿的玉米種子用70%乙醇浸泡30 s，之后用3%次氯酸鈉進行表面消毒3 min，無菌水沖洗3遍，然后將表面消毒后的種子放入培養后的菌液中浸種12 h。將滅菌后的混合土壤按照4∶?1的比例加入自來水，混勻后裝入營養缽（15 cm高×12 cm直徑）。

盆栽試驗分為正常澆水（每隔1 d澆水20 mL）及干旱模擬兩組（每隔1 d澆8%PEG-6000溶液20 mL），每組設置接種20株內生真菌及未接菌對照共21個處理，重復3次，每盆播種3粒浸泡處理后的玉米種子。在27℃、光周期16L/8D、相對濕度50%的溫室內進行培養，播種后4 d，記錄玉米出苗情況，10 d后，測定不同處理玉米植株的株高、根長及地上部鮮重。

1.4?數據處理及分析

采用單因素方差分析（One-way ANOVA）檢驗不同處理下根長、株高及地上生物量的顯著性差異，并用LSD法進行多重比較。數據分析采用統計軟件SPSS 16.0進行處理。

2?結果與分析

2.1?不同內生真菌對玉米種子出苗率的影響

由圖1看出，接種不同的內生真菌對玉米出苗率有顯著影響。大部分處理玉米的出苗率在80%以上，其中，接種NY15、YC1的出苗率最高，均達到100%，接種JZ7及JN16的出苗率也均超過90%。接種DG50、DG25、JN-MG16、LQ2 及TA-MG11的出苗率在80%以下，其中JN-MG16及TA-MG11為小麥來源的兩種內生真菌，接種LQ2 及TA-MG11的出苗率最低，均為50%。

2.2?不同內生真菌對玉米幼苗株高的影響

正常澆水及干旱脅迫處理下，接種不同內生真菌對玉米幼苗株高有顯著影響（圖2）。正常澆水下，接種LW29、NY15、JN-MY1、JN16、YC1及Gx5的玉米幼苗株高均高于未接菌對照;干旱脅迫下，接種LW29、NY15、JN16及YC1的玉米幼苗株高高于未接菌對照，而接種JN-MY1及Gx5內生真菌的玉米幼苗株高則略低于未接菌對照。其它菌株接種下的玉米幼苗在正常澆水及干旱脅迫條件下的株高均低于未接菌對照。

2.3?不同內生真菌對玉米根長的影響

正常澆水情況下，大部分菌株有利于玉米根的延長，其中包括小麥來源的兩株木霉菌（Trichoderma spp.）JN-MG16及JN-MY1（圖3）。干旱脅迫下，僅接種JN16、LW29、QH6、JN-MY1、YC1、NY15及JN8內生真菌的玉米幼苗根長大于未接菌對照。接種HM1、JN2、TA-MG11、HM2、LQ2、JZ7、DG50、DG25及DG40內生真菌的玉米幼苗根長在正常澆水及干旱脅迫下均短于未接菌對照。

2.4?不同內生真菌對玉米地上部鮮重的影響

由圖4看出，接種不同內生真菌的玉米幼苗地上部鮮重有顯著差異。接種NY15、LW29、YC1及JN16內生真菌的玉米幼苗在正常澆水及干旱脅迫條件下，其地上部鮮重均高于未接菌對照。而接種JN-MY1內生真菌的玉米幼苗地上部鮮重僅在正常澆水下高于未接菌對照，在干旱脅迫下則差異不顯著。除接種Gx5、QH6菌株的玉米幼苗低于對照但差異不顯著，接種其它內生真菌的玉米幼苗地上部鮮重在正常澆水及干旱脅迫下均顯著低于未接菌對照。

3?討論與結論

干旱作為一種非生物脅迫，對農作物的生長發育及產量具有不利的影響。內生真菌作為一種植物體內的共生體，在促進植物生長、增強植物抗病蟲及抗逆境能力等方面具有重要作用[15]。本研究發現，接種不同種類內生真菌的玉米幼苗在正常及干旱脅迫下的生長發育存在一定差異，不同來源的同一屬相同或近緣種類的內生真菌對玉米幼苗的生長發育也有不同的影響。這表明不同生態型內生真菌對植物具有不同的影響，這與真菌自身的特性有關。分離自蘭科植物的5株內生真菌Fusarium，其中的1株具有合成赤霉素的相關基因ggs2和cps/ks，可以促進植物生長[16]。接種來源于鹽漬土及非鹽漬土的兩株叢枝菌根真菌Glomus mosseae M1和M2對棉花在鹽脅迫環境下的生長狀況具有不同的促進作用[17]。同時，可以看到PEG模擬干旱處理下可以部分地促進玉米幼苗的生長，這有可能是植物在應對低滲脅迫時的一種應激反應[18]。

總體上，接種玉米來源的內生真菌對玉米種子的出苗率沒有明顯影響，但LQ2 （Alternaria sp.）除外，這有可能是LQ2在玉米生長發育的早期以內生菌的方式與玉米共生，而在玉米生長發育到一定階段，又以病原菌的方式來為害植物[19]。然而，小麥組織來源的3株內生真菌接種玉米種子后，其中的兩株JN-MG16及TA-MG11顯著降低了玉米的出苗率，分析其原因可能是植物內生菌對不同宿主的親和能力不一樣，有些對宿主的選擇存在一定的專一性[20]。

在正常澆水及干旱脅迫下，接種Cladosporium、Chaetomium、Beauveria菌屬的內生真菌對玉米幼苗的促生作用均優于其它菌屬的內生真菌，表明這3種菌屬來源的內生菌在增強玉米幼苗抗旱性方面具有很大的開發潛力。這同前人的研究相似，接種Chaetomium sp. AS1221及Penicillium sp. AS1618對促進玉米幼苗的抗旱性要優于Alternaria sp. AS1113和Colletotrichum sp. AS1716[21]。作為玉米的主要內生真菌，Alternaria被發現會增強玉米對病原菌的抗性，同時能產生纖維素酶等相關酶類，降解玉米秸稈[22]。添加Alternaria提取物的SRD可以不同程度地促進干旱脅迫下玉米種子萌芽期的生長，從而提高玉米的抗旱能力[23]。我們之前的研究發現Gx5（Alternaria sp.）在正常澆水環境下，可以促進玉米的生長，并對玉米蚜有較高的防效。在本次研究中，也發現正常澆水環境下，Gx5對玉米幼苗的生長有一定的促進作用，然而，在干旱脅迫下，其促生長作用并不顯著，對于其對玉米幼苗在不同環境下的生長發育影響尚需進一步研究。木霉菌Trichoderma可以通過增加植物體內次生代謝物質以及脯氨酸的含量來增強植物的抗旱能力[24]，本研究中小麥來源的木霉菌JN-MY1對玉米幼苗有一定的促生作用，但不如NY15、LW29、YC1及JN16的促生作用明顯。

綜合正常澆水及干旱脅迫下玉米生長的各個指標，玉米內生真菌NY15、LW29、YC1及JN16對玉米幼苗的促生作用明顯，可增強玉米幼苗的抗干旱能力，具有較大的開發潛力。后續將在內生真菌培養條件的優化、接種方式的選擇及同玉米的互作機制方面進行進一步探索。

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