康氏木霉對小麥和黃瓜種子發芽的影響

趙詩杰，梁 松，邱新月，許 蓉，張作剛，暢引東，姚艷平

（山西農業大學 植物保護學院，山西 太谷 030801）

木霉菌（Trichoderma）作為一類常見的、應用廣泛的生防菌株，在植物病害的防治中具有廣闊的研究與開發前景[1-3]。生防木霉菌具有競爭作用、促生作用、重寄生作用和拮抗作用等多種作用機制[4-6]，其促生效果主要表現為提高種子發芽率、增加植株高度、降低倒伏率、增大葉面積、促進提前開花[7-9]等。

木霉菌不但能夠抑制多種病原菌[10-11]，還能促進小麥、水稻、玉米、蔬菜、水果和煙草等多種植物種子、幼苗的生長發育，提高種子的發芽率和出苗率，促進土壤營養的轉化吸收[12-13]。張屹等[14]研究表明，棘孢木霉（T. asperellum）處理后水稻的株高、地上部干質量、根際土壤總氮和硝態氮含量均顯著增加。劉峰等[15]研究發現，哈茨木霉（T.harzianum）對玉米苗期的根系、葉長、葉寬、莖粗、株高、鮮質量和干質量等生長指標均有顯著提高作用。趙曉燕等[16]研究表明，蓋姆斯木霉（T. gamsii）孢子懸浮液能夠顯著提高黃瓜種子的發芽率、發芽指數和活力指數。周曉馥等[17]、劉暢等[18]、張欣玥等[19]和王禹佳等[20]研究均表明，木霉菌對黃瓜幼苗的生物量、光合能力和植物抗性具有促進作用。霍雪雪等[21]研究也發現，綠色木霉（T. viride）孢子液可以促進黃瓜種子萌發、幼苗生長和生物量增加。YU 等[22]研究發現，高濃度的木霉菌孢子懸浮液能促進番茄幼苗的生長，促進有效氮的吸收，提高番茄幼苗的抗性。潘宣圳等[23]研究表明，木霉固體發酵物可促使小白菜根長、葉長、鮮質量顯著增加。HALIFU等[24]研究發現，木霉菌能促進樟子松幼苗的生長，促進根際土壤中總磷、全氮、銨態氮、硝態氮和有機質的轉化。張燁等[25]也研究發現，哈茨木霉培養液濃度在30%時對煙草具有明顯的促生作用。

康氏木霉菌株（T. koningii）為山西農業大學植物病理重點實驗室前期篩選出的具有高效抑菌活性的生防菌株，為了明確該生防菌株的促生效果，本研究選用單子葉植物小麥種子和雙子葉植物黃瓜種子為試驗材料，探索康氏木霉菌株孢子懸浮液和培養濾液對小麥和黃瓜種子萌發和生長的影響，為康氏木霉菌株促生作用機制的研究奠定基礎，為康氏木霉生防菌劑的開發和利用提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

小麥種子（運旱20410）由山西農業大學農學院提供；黃瓜種子（中裕新春四號）由山西省中裕種業公司提供；供試木霉菌株為康氏木霉菌株（Trichoderma koningii），由山西農業大學植物病理重點實驗室提供。

1.2 試驗方法

試驗于2021 年10-12 月在山西農業大學植物保護學院植物病理重點實驗室進行。

1.2.1 培養基的配制 馬鈴薯瓊脂固體培養基：馬鈴薯200 g，葡萄糖20 g，瓊脂粉15 g，蒸餾水1 L，121 ℃高壓滅菌20 min 后備用。

1.2.2 菌種的活化 將康氏木霉菌株接種于馬鈴薯瓊脂固體培養基上，置于25 ℃恒溫培養箱倒置培養。

1.2.3 康氏木霉菌孢子懸浮液的制備 在已培養好的康氏木霉菌的平板培養基上倒入無菌水，刮取菌絲，得到一定濃度的孢子懸浮液，稀釋成1.0×103、1.0×105、1.0×107cfu/mL 等3 個濃度。

1.2.4 康氏木霉發酵液的制備 將康氏木霉菌株接種至已滅菌的PDB 液體培養基中，在25 ℃、160 r/min 的搖床上振蕩培養8 d，培養基中會產生大量菌體及孢子，用4 層無菌紗布過濾，得到木霉菌的發酵原液。將發酵原液通過細菌過濾器進行抽濾，獲得抽濾發酵液；將發酵原液進行121 ℃高壓滅菌20 min 后，得到滅菌發酵液。分別將發酵原液、抽濾發酵液和滅菌發酵液稀釋為100%、75%、50%、25%、10%和1%的濃度備用。

1.2.5 康氏木霉菌浸種處理 先將小麥、黃瓜種子用75%的酒精進行表面消毒，無菌水沖洗3～4 次后用無菌水浸泡3 h，分別用不同濃度的康氏木霉菌孢子懸浮液、發酵原液、抽濾發酵液、滅菌發酵液浸泡小麥和黃瓜種子5 h，用無菌水沖洗3 次，放置于培養皿中保濕催芽，每皿放20 粒種子，孢子懸浮液處理以無菌水作為對照，發酵原液、抽濾發酵液、滅菌發酵液處理以PDB 液體培養基作為對照，每個處理重復3 次。分別于發芽后第2、3 天統計種子發芽率、芽長和根長，計算康氏木霉菌株的促生率。

1.3 數據分析

采用SPSS 25.0 軟件對數據進行差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 康氏木霉菌孢子懸浮液對小麥種子萌發與生長的影響

從表1 可以看出，康氏木霉菌孢子懸浮液處理小麥種子2 d 后，明顯促進小麥種子芽的生長，與對照相比差異顯著，濃度為1.0×103cfu/mL 處理的小麥種子芽長最長，達到1.12 cm，促生率為60.00%。不同濃度孢子懸浮液對小麥種子根的生長均有促進作用，1.0×103cfu/mL 孢子懸浮液的根長促生率為26.85%，與對照相比差異顯著。康氏木霉孢子懸浮液對小麥種子的發芽率沒有促生作用，反而在一定程度上抑制了種子的發芽，發芽抑制率為3.16%。康氏木霉菌孢子懸浮液處理小麥種子3 d 后，對小麥種子發芽率、芽長和根長的促進作用不一致，但均與對照沒有顯著性差異。綜合分析，1.0×103cfu/mL 的康氏木霉菌孢子懸浮液對小 麥種子生長的促生效果最好。

表1 康氏木霉菌孢子懸浮液對小麥種子生長的影響Tab.1 Effects of Trichoderma koningii spore suspension on wheat seed growth

2.2 康氏木霉菌發酵液對小麥種子萌發與生長的影響

康氏木霉菌發酵液對小麥種子生長的影響如表2 所示。

表2 康氏木霉菌發酵液對小麥種子生長的影響（3 d）Tab.2 Effects of Trichoderma koningii fermentation broth on wheat seed growth（3 d）

從表2 可以看出，康氏木霉菌發酵原液處理小麥種子3 d 后，芽長、根長與對照相比差異顯著；10%的發酵原液處理后，芽長達到最大，為1.96 cm，芽長促生率為79.82%；50%發酵原液處理后根長為3.59 cm，根長促生率達到最大，為44.18%。25%和1%發酵原液處理后，發芽率達到最高，均為97%，與對照相比差異顯著。康氏木霉抽濾發酵液處理均抑制了小麥種子芽長的生長，100%抽濾發酵液的抑制率最高，達28.18%。除100%和1%濃度外，其他濃度的抽濾發酵液同時也抑制了小麥種子的發芽率；所有濃度的抽濾發酵液處理均促進根的生長，10%和100%的抽濾發酵液根促生率較高，分別可達10.40% 和13.25%。康氏木霉菌滅菌發酵液對小麥芽長的促生作用最強，芽長促生率均在90%以上；1%滅菌發酵液處理3 d后芽長為2.25 cm，芽長促生率達到106.67%。康氏木霉菌滅菌發酵液各濃度處理的根長與對照相比差異顯著，均促進根的生長，10%滅菌發酵液處理后根長達到3.04 cm，根長促生率為22.18%；75%滅菌發酵液處理的發芽率達到100%，促生率達7.53%。

2.3 康氏木霉菌孢子懸浮液對黃瓜種子萌發與生長的影響

康氏木霉菌孢子懸浮液對黃瓜種子發芽與生長的影響如表3 所示。在發芽后3 d，黃瓜種子雖已萌發，但大部分的種子芽長為0 cm，故未對黃瓜種子的芽長指標進行測定。木霉菌孢子懸浮液處理黃瓜種子后，其根長和發芽率表現不同。1.0×103cfu/mL的康氏木霉菌孢子懸浮液處理黃瓜種子2 d 后，根長最大，達到2.17 cm，根長促生率為16.04%。1.0×105cfu/mL 的康氏木霉菌孢子懸浮液處理黃瓜種子3 d 后，明顯抑制了根的生長，根抑制率為9.97%。1.0×103cfu/mL 的孢子懸浮液處理后，發芽率最高，達99%，發芽促生率為7.61%。綜合分析，濃度為1.0×103cfu/mL 的康氏木霉菌孢子懸浮液對黃瓜種子的促生作用較好。

表3 康氏木霉菌孢子懸浮液對黃瓜種子生長的影響Tab.3 Effects of Trichoderma koningii spore suspension on cucumber seed growth

2.4 康氏木霉菌發酵液對黃瓜種子萌發與生長的影響

康氏木霉菌發酵液對黃瓜種子萌發與生長的影響如表4 所示。康氏木霉菌發酵原液處理黃瓜種子3 d 后，根長和發芽率與對照相比差異顯著，75%的發酵原液處理后，根長達到最大，為4.20 cm，根長促生率為37.81%；100%和10%發酵原液處理后，發芽率達到最高，均為98%，發芽促生率均達6.81%。25%抽濾發酵液處理后黃瓜種子的根長最大，達到5.23 cm，根長促生率為71.59%；25%抽濾發酵液處理后的發芽率達100%，發芽促生率為8.99%。1%康氏木霉菌滅菌發酵液處理黃瓜種子3 d 后根長最大，為3.66 cm，根長促生率達到20.03%；100%和75%滅菌發酵液處理后，發芽率均達到100%，發芽促生率均為8.99%。綜合分析，康氏木霉菌抽濾發酵液對黃瓜種子萌發和根生長的促生作用最強。

表4 康氏木霉菌發酵液對黃瓜種子生長的影響（3 d）Tab.4 Effects of Trichoderma koningii fermentation broth on cucumber seed growth（3 d）

續表4 康氏木霉菌發酵液對黃瓜種子生長的影響（3 d）Tab.4（Continued） Effects of Trichoderma koningii fermentation broth on cucumber seed growth（3 d）

3 結論與討論

本研究表明，康氏木霉菌株對小麥種子的促生效果優于對黃瓜種子的促生效果；對小麥芽長的促生效果優于根長的促生效果。

木霉菌對植物的促生機制表現在4 個方面[26]。首先，木霉菌通過在土壤中產生有機酸，溶解其中難溶的微量元素，或通過螯合或降解可溶解金屬氧化物，促進植物營養物質的吸收，進而促進植物生長[27-28]。其次，木霉菌與植物根際微生物發生互作，在木霉促生效果中起到了重要作用[29-30]。再次，木霉具有強根際定植能力，木霉在植物根際定植后，可提高植物的光合效率，使木霉菌和植物達到互利共生[31]。最后，木霉可產生植物激素類物質，如吲哚乙酸（IAA）和赤霉素（GA3），在木霉菌促生效果中，植物激素類物質起到一定的作用[32]。LI 等[33]研究發現，短密木霉（T. brevicompactum）新菌株BF06 可以迅速定植于黃瓜根部表面，對黃瓜幼苗側根的形成和生長有顯著促進作用。張麗榮等[34]研究也發現，木霉制劑可顯著提高土壤中細菌、放線菌和真菌的數量，以此來改善土壤微生態環境。康氏木霉對黃瓜和小麥種子的促生作用有可能是產生吲哚乙酸和赤霉素等植物激素物質，從而促進植物種子的生長，具體的促生機理還有待進一步探討。本研究表明，經發酵原液、抽濾發酵液和滅菌發酵液處理后，小麥種子芽長的促生效果表現為滅菌發酵液優于發酵原液，發酵原液優于抽濾發酵液；而小麥種子根長的促生效果是發酵原液優于滅菌發酵液，滅菌發酵液優于抽濾發酵液。發酵原液、抽濾發酵液和滅菌發酵液處理后，黃瓜種子根長的促生效果是抽濾發酵液優于發酵原液，發酵原液優于滅菌發酵液。針對不同的植物種子，不同形態康氏木霉發酵液的生物活性表現具有極大差異，一方面是由于發酵原液、抽濾發酵液和滅菌發酵液中包含的生物活性因素的差異造成，另一方面，也可能是因為不同植物種子對生物活性因素的敏感性差異造成。

本研究發現，濃度為1.0×105cfu/mL 康氏木霉孢子懸浮液對小麥和黃瓜種子發芽具有一定抑制效果，康氏木霉抽濾發酵液對小麥種子的萌發和芽長生長大多表現為抑制作用，可能是康氏木霉菌產生了具有植物毒性的代謝產物，抑制小麥和黃瓜種子的萌發和芽生長。WRIGHT 等[35]研究發現，綠色木霉在無土培養基上會產生抑制植物生長的綠膠霉素和膠霉毒素。HARAGUCHI 等[36]研究認為，膠霉毒素會對植物乙酰乳酸合成酶活性產生影響，對植物生長產生抑制作用。康氏木霉發酵原液經過121 ℃高壓滅菌20 min 處理后得到滅菌發酵液，高溫高壓的處理過程有可能破壞了發酵液中具有植物毒性的不穩定代謝產物，所以，康氏木霉的抽濾發酵液與滅菌發酵液相比，前者對小麥種子生長的抑制作用較強。本研究中滅菌發酵液對小麥種子的促生效果優于抽濾發酵液，而黃瓜種子表現為抽濾發酵液的促生效果優于滅菌發酵液，造成這種差異的原因有2 個方面：一方面抽濾發酵液和滅菌發酵液中包含的生物活性因素不同，從而造成促生效果的差異；另一方面是康氏木霉發酵原液中包含的代謝產物種類很多，且非常復雜，經過滅菌處理后，高溫高壓條件促使某些代謝產物的結構或者生物活性發生變化，如破壞了其中具有植物毒性的或促生作用的不穩定代謝產物，進而造成促生效果的變化。

本研究僅僅對康氏木霉菌株的室內促生效果進行了初步的探索，為了明確康氏木霉菌株的促生機制，后期還需開展木霉菌株與植物及根際微生物的互作研究；同時為了提高康氏木霉菌株促生效果應用的穩定性和廣泛性，還需開展系統的田間促生試驗，優化促生作用條件，為康氏木霉菌株的生防應用奠定理論基礎。