8株木霉菌揮發(fā)性代謝產(chǎn)物對玉米種子的促生作用研究

黃竹 姚艷平

文章編號： 1005-2690（2019）04-0143-03 ? ? ? 中圖分類號： S436.801 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： B

摘 ? 要：研究了8株木霉菌揮發(fā)性代謝產(chǎn)物對玉米種子的促生效果，篩選有較強(qiáng)生防潛力的菌株，為研究新型木霉生物藥劑提供理論基礎(chǔ)。采用揮發(fā)性代謝產(chǎn)物密封培養(yǎng)法對種子進(jìn)行促生試驗(yàn)，研究表明：由8株木霉菌揮發(fā)性代謝產(chǎn)物處理的玉米種子的根長與對照在F=0.05水平上差異顯著;康氏木霉T4在對玉米種子的促生試驗(yàn)中均表現(xiàn)良好，且在第4天促生率高達(dá)87.4%，處理12 d后玉米幼苗地上、地下部分的促生率分別為78.9%、55.3%，干濕重的促生率為16.9%、31.3%，故研究篩選此株木霉菌以作進(jìn)一步研究。

關(guān)鍵詞：木霉菌;揮發(fā)性代謝產(chǎn)物;玉米;種子;促生作用

木霉菌（Trichoderma ?Pers）是一種常見的、具有廣泛環(huán)境適應(yīng)性和抑菌廣譜性的絲狀真菌[1]。目前，已有多種木霉被開發(fā)利用，成為被大范圍使用的生物菌劑。其促生效果主要表現(xiàn)為提高作物的發(fā)芽率、增加植株高度、降低植株的倒伏率、增大葉片面積、使作物提前開花等[2，3]。對植株的促生機(jī)制主要是與植株的共生及其產(chǎn)生代謝產(chǎn)物的影響作用，包括產(chǎn)生植物生長調(diào)節(jié)劑、增加養(yǎng)分利用率、抑制或降解根際有害生物[4]。

木霉菌可以產(chǎn)生多種次級代謝產(chǎn)物，一直以來對其揮發(fā)性代謝產(chǎn)物拮抗病原菌的研究較多[5～7]，關(guān)注對植株促生效果的研究較少。木霉等微生物的揮發(fā)性代謝產(chǎn)物多為親脂性化合物，具有低分子量（<300 g/mol）、低沸點(diǎn)和高蒸氣壓的特點(diǎn)，能夠作為短距離和長距離的信號分子[8]。其可以吸附、解吸或直接與黏土表面反應(yīng)，也可以直接穿過根際的土壤、水或空氣來發(fā)揮作用。且種類繁多，包括烷類、酯類、烯類、醇類、酮類、苯類、醚類等。其中6-戊基-2H-吡喃-2-酮、3-羥基-2-丁酮（乙酰丙酮）、2，3-丁二醇、2-戊基呋喃等已被發(fā)現(xiàn)在根或葉上的促生能力[9]。Farnaz Jalali等研究發(fā)現(xiàn)木霉菌揮發(fā)性代謝產(chǎn)物可以促進(jìn)

擬南芥的生長和誘導(dǎo)其耐鹽堿能力的產(chǎn)生[10]。同樣Samantha

Lee發(fā)現(xiàn)其研究木霉菌的揮發(fā)性代謝產(chǎn)物均可增加擬南芥生物和葉綠素含量。另外，用揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）處理番茄，其植株生物量顯著增加（>99%），且植株較大、側(cè)根發(fā)育明顯[11]。

近年來，有多種微生物的揮發(fā)性代謝產(chǎn)物被研究和測定，有望成為化學(xué)藥劑的更加有效的環(huán)境友好型替代品。木霉菌揮發(fā)性代謝產(chǎn)物對植物生長影響的研究較少，所以有必要尋找揮發(fā)性有機(jī)化合物在蔬菜、水果、糧食上有良好促生效果的菌株，以期作為一種可持續(xù)應(yīng)用減少化學(xué)物質(zhì)使用的生物制品。

1 ? 材料與方法

1.1 ? 試驗(yàn)材料

1.1.1 ? 供試植物種子

玉米種子由山西農(nóng)業(yè)大學(xué)實(shí)驗(yàn)室提供。

1.1.2 ? 供試木霉菌株

長枝木霉T1（Trichoderma longibrachiatum.）、綠木霉T2（Trichoderma viride）、哈茨木霉T3（Trichoderma harzianum）、康氏木霉T4（Trichoderma koningii）、綠木霉T5（Trichoderma viride.）、綠木霉T6（Trichoderma viride.）、哈茨木霉T7（Trichoderma harzianum）、木霉T8（Trichoderma spp.）。

1.2 ? 試驗(yàn)方法

1.2.1 ? 種子的預(yù)處理方法

挑選飽滿、一致性好的玉米種子，用5%次氯酸鈉消毒10 min，之后用無菌水沖洗干凈，再浸泡48 h。

1.2.2 ? 木霉菌的培養(yǎng)

PDA培養(yǎng)基、25 ℃無水恒溫培養(yǎng)箱培養(yǎng)5 d，以供下一步操作。

1.2.3 ? 木霉菌揮發(fā)性代謝產(chǎn)物對種子及幼苗的促生作用

采用揮發(fā)性代謝產(chǎn)物密封培養(yǎng)法，將木霉與預(yù)處理過的種子共同放入培養(yǎng)容器內(nèi)25 ℃恒溫黑暗培養(yǎng)，分別于第2、3、4天，測量種子根長與芽長。第4天測量完畢后，每處理選取10粒種子放在鋪有濕潤濾紙的培養(yǎng)皿中，與木霉平板一起置于干燥器中密封保濕，7 d后統(tǒng)計(jì)幼苗的地上、地下部長度、濕重、80 ℃烘干至恒重后測定幼苗干重。

1.3 ? 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理公式如下：

芽長促生率=■×100%

根長促生率=■×100%

采用SPSS 18.0軟件進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。

2 ? 結(jié)果與分析

2.1 ? 木霉揮發(fā)性代謝產(chǎn)物對玉米種子生長的影響

從圖1和表1數(shù)據(jù)可以觀察到，8株木霉處理的玉米種子根長與CK根長差異顯著。除T1、T3、T6、T8在第3天的促生率最低隨后上升外，其余4株木霉的促生率均在第2天達(dá)到最大值后下降。處理第2天，木霉T4和木霉T6的根長分別為18.4 mm、19.0 mm，促生率分別達(dá)到了121.7%、128.9%。處理第3天，木霉T4的根長為42.6 mm，促生率為101.9%，顯著地高于其他7株木霉的促生率。處理第4天，木霉T4、T5、T6的促生率分別達(dá)到了87.4%、75.8%、82.1%。

2.2 ? 木霉揮發(fā)性代謝產(chǎn)物對玉米幼苗生長的影響

由圖2可知，8株木霉處理幼苗12 d后，除木霉T5外，其余7株木霉處理后的幼苗根長與CK均有顯著差異。木霉T4、T7處理后幼苗的根長分別達(dá)到213.4 mm、222.5 mm，促生率達(dá)到78.9%、86.2%;受木霉T4、T8的影響，幼苗根長促生率達(dá)到55.3%、52.4%。除木霉T1、T2、T3、T6處理外，其余4株木霉處理后莖葉與CK差異顯著。其中T4與T8的莖葉長度達(dá)到163.4 mm、159.4 mm，促生率為55.3%、51.5%。

2.3 ? 木霉揮發(fā)性代謝產(chǎn)物對玉米幼苗干濕重的影響

由圖3可知，木霉培養(yǎng)12 d后，除T1、T6外，玉米幼苗的濕重均顯著高于對照幼苗的濕重。木霉T2、T3、T4的濕重為1 498.8 mg、1 546.1 mg、1 499.7 mg，促生率分別高達(dá)30%、34%、30%。除T5、T7外，玉米幼苗的干重顯著高于對照幼苗的干重，濕重的促生率在9%～34%之間，干重的促生率在-3%～18%之間。木霉T1、T4處理后，玉米干重分別為336.5 mg、331.3 mg，促生率分別為18%、16%。

3 ? 結(jié)論與討論

3.1 ? 結(jié)論

（1）通過8株木霉菌對玉米種子促生作用的研究，發(fā)現(xiàn)在種子生根發(fā)芽階段，康氏木霉T4對玉米種子的根長促生效果最好，第2、3、4天的根長分別為18.4 mm、42.6 mm、56.6 mm，促生率分別為121.7%、101.9%、87.4%。同時(shí)此階段木霉處理下的種子生出大量須根，而對照種子須根較少或沒有。

（2）幼苗階段，康氏木霉T4對玉米幼苗地上、地下部分的促生率分別為78.9%、55.3%。且木霉T4在幼苗濕重、干重的促生效果方面均表現(xiàn)良好，促生率分別為30%、16%。綜合來看，康氏木霉T4是具有較強(qiáng)生防潛力的菌株。

3.2 ? 討論

由于各個(gè)木霉菌生長活躍的時(shí)間和揮發(fā)性產(chǎn)物暴露時(shí)間有差異，木霉的促生機(jī)制復(fù)雜[12～13]，通常因其菌株、種類、寄主植物等的不同而不同，且不同木霉產(chǎn)生的揮發(fā)性代謝產(chǎn)物的種類和含量也不同[14～15]，對不同種子的物質(zhì)積累可能也效果不同，導(dǎo)致8株木霉對玉米幼苗干濕重影響的數(shù)據(jù)出現(xiàn)差異。此結(jié)論與Samantha Lee得出的結(jié)論相同。而導(dǎo)致干重與濕重之間促生率差距的原因可能是木霉菌的揮發(fā)性代謝產(chǎn)物促進(jìn)幼苗生長的部位不同，導(dǎo)致其積累的物質(zhì)不同。所以，木霉菌揮發(fā)性代謝產(chǎn)物對植物的促生機(jī)制、生防效果尚需進(jìn)一步的研究和探索。

參考文獻(xiàn)：

[ 1 ] 郭潤芳，劉曉光，高克祥，等. 拮抗木霉菌在生物防治中的應(yīng)用與研究進(jìn)展[J]. 中國生物防治學(xué)報(bào)，2002，18（04）：180-184.

[ 2 ] 謝琳淼，常春麗，姚志紅，等. 哈茨木霉對紫羊茅和草地早熟禾的促生及抗性誘導(dǎo)作用[J]. 草業(yè)科學(xué)，2018，35（09）：2 079-2 086.

[ 3 ] Lee S ，Yap M ， Behringer G ， et al. Volatile organic compoundsemitted by Trichoderma species mediate plant growth[J]. FungalBiology and Biotechnology，2016，03（01）：7.

[ 4 ] Pascale A ，Vinale F ， Manganiello G，et al. Trichoderma andits secondary metabolites improve yield and quality of grapes[J].Crop Protection，2017（92）：176-181.

[ 5 ] 陳德強(qiáng)，譚志瓊，張榮意. 香蕉枯萎病菌拮抗木霉的篩選[J].中國南方果樹，2012，41（02）：74-77.

[ 6 ] 趙阿娜.木霉菌劑防治人參根部病害研究及木霉田間種群動(dòng)態(tài)監(jiān)測[D]. 北京：中國協(xié)和醫(yī)科大學(xué)，2006.

[ 7 ] 張雯雯. 木霉菌株揮發(fā)性物質(zhì)拮抗尖孢鐮刀菌的效果及其鑒定[J]. 熱帶作物學(xué)報(bào)，2017，38（04）：704-715.

[ 8 ] Kanchiswamy C N，Malnoy M，Maffei M E.Bioprospecting bacterialand fungal volatiles for sustainable agriculture[J]. Trends in PlantScience，2015，20（04）：206-211.

[ 9 ] Fincheira P，Quiroz，Andrés. Microbial volatiles as plant growthinducers[J]. Microbiological Research，2018（208）：63-75.

[ 10 ] Jalali F，Zafari D，Salari H.Volatile organic compounds of someTrichoderma spp. increase growth and induce salt tolerance inArabidopsis thaliana[J]. Fungal Ecology，2017（29）：67-75.

[ 11 ] Lee S ，Hung R ，Yap M ，et al. Age matters：the effects of volatile? organic compounds emitted byTrichoderma trovirideon plant? growth[J]. Archives of Microbiology，2015，197（05）：723-727.

[ 12 ] Lee S， Hung R，Schink A，et al. Arabidopsis thaliana，for testingthe phytotoxicity of volatile organic compounds[J]. Plant Growth?Regulation，2014，74（02）：177-186.

[ 13 ] 斯琴巴特爾，吳紅英.鹽脅迫對玉米種子萌發(fā)及幼苗生長的? 影響[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境，2000，14（04）：76-80.

[ 14 ] Stoppacher N，Kluger B，Zeilinger S，et al. Identification and?profiling of volatile metabolites of the biocontrol fungus Tricho-?derma atroviride by HS-SPME-GC-MS.[J]. Journal of Micro-?biological Methods，2010，81（02）：187-193.

[ 15 ] Marek N，Lucia，Jakubíková，et al. Induc-?tion of conidiation by endogenous volatile?compounds in Trichoderma spp.[J].Fems?Microbiology Letters，2010，284（02）：231-?236.

（收稿日期：2019-03-18）