哈茨木霉(Trichoderma harzianum)通过多维度调控机制增强大麦抗旱性的研究

本研究针对干旱胁迫对作物生长的严重影响，通过哈茨木霉(TW/TM)种子生物引发技术，系统揭示其对大麦品种Goharan(耐旱型)和Nosrat(干旱敏感型)的生理调控机制。研究发现TM突变株显著提升植株生长量(生物量增加4-56%)，通过激活抗氧化酶系统(SOD/POX/PPO)、促进渗透调节物质(可溶性糖/蛋白质)积累、调控生长素(IAA)合成及TCA循环关键酶(SDH/MDH)活性等协同作用缓解干旱胁迫。该成果为作物抗旱栽培提供新型微生物策略，发表于《Scientific Reports》。

　　

随着全球气候变化加剧，干旱已成为威胁农业生产的首要非生物胁迫因素。据预测，到2050年全球50%耕地将面临干旱威胁，导致作物减产20-45%。大麦作为世界第四大谷物，其抗旱机制研究对粮食安全具有重要意义。传统育种手段存在周期长、效率低等问题，而利用植物共生微生物诱导系统抗性正成为绿色农业的新突破口。

伊朗阿拉扎赫拉大学(Alzahra University)植物科学系Mona Sorahinobar团队创新性地采用γ射线诱变技术获得哈茨木霉突变株(TM)，通过比较野生型(TW)与TM对耐旱型(Goharan)和敏感型(Nosrat)大麦的调控差异，系统解析了微生物-植物互作的分子机制。研究发现，干旱胁迫导致大麦生物量显著下降(敏感型降幅达45%)，引发活性氧(H₂O₂)积累和膜脂过氧化(MDA含量升高63-158%)。而TM处理通过多靶点干预实现协同增效：在生理层面提升根长16-23%，促进叶绿素(Chl a/b)合成；在生化层面激活超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POX)和多酚氧化酶(PPO)活性，使H₂O₂和MDA水平降低51-70%；在代谢层面增加可溶性糖(56%)和游离氨基酸(155%)含量，同时上调TCA循环关键酶(琥珀酸脱氢酶SDH、苹果酸脱氢酶MDH)活性2-3倍。研究首次发现TM通过特异性诱导根部生长素(IAA)合成(增幅61%)改变根系构型，这种基因型特异性调控为精准农业应用提供理论基础。

研究采用种子生物引发技术，结合PEG-6000模拟干旱胁迫，通过测定生长参数、光合色素含量、氧化应激指标(MDA/H₂O₂)、抗氧化酶活性(SOD/POX/PPO)、渗透调节物质及呼吸代谢酶(ACO/SDH/MDH/FUM)等36项指标，运用主成分分析(PCA)揭示关键调控网络。

生长特性
干旱胁迫使大麦株高降低9.5-25%，而TM处理显著恢复生物量(77.5%)。敏感型Nosrat的根长减少18-23%，耐旱型Goharan却增加16%，这种分化与根部IAA含量变化(r=0.92)高度相关。

光合系统
干旱导致Nosrat叶绿素前体(PPIX/MgPP)减少30-50%，TM使其回升至正常水平。耐旱型Goharan表现出独特的光保护策略，类胡萝卜素含量增加37%，而叶绿素a/b分别提升22%/41%。

氧化防御
TM处理使SOD活性提高2.1倍，POX/PPO活性增强1.8-2.4倍，协同清除H₂O₂。非酶抗氧化系统方面，酚类物质和花青素含量分别增加51%/70%，形成次级防御屏障。

代谢重编程
PCA分析显示SDH和MDH是区分品种的关键指标。Nosrat通过特异性上调乌头酸酶(ACO)活性促进2-酮戊二酸生成，游离氨基酸积累达155%；而Goharan则整体激活TCA循环，同步提升氨基酸(139%)和类黄酮(51%)合成。

该研究证实γ射线诱变可显著增强哈茨木霉的植物促生效果，TM株系通过"抗氧化-渗透调节-激素调控"三位一体机制，使敏感品种抗旱性接近耐旱型水平。特别是发现IAA-TCA循环-类黄酮合成轴的基因型特异性调控，为作物抗逆微生物制剂的精准设计提供新思路。研究建立的36项生理生化评价体系，为作物抗逆育种提供了可量化的筛选指标。这些发现对发展节水农业、保障粮食安全具有重要实践价值，相关技术已申请专利保护。