钾酒石酸强化哈茨木霉HE22防治小麦秆锈病及提升产量的机制研究

为解决小麦秆锈病(Pgt)对全球粮食安全的威胁，研究人员通过化学诱导剂（钾酒石酸、微量营养素混合物和硫胺素）强化哈茨木霉(TH)的生物防治潜力，开展温室及田间实验。结果表明，钾酒石酸处理的TH(T1)显著降低病害严重度86.2%（温室）和77.7%（田间），并提升抗氧化酶活性及光合效率，同时增加小麦产量72.9%。该研究为可持续农业提供了高效环保的病害管理策略。

　　

小麦是全球最重要的粮食作物之一，但其生产长期受到秆锈病(Puccinia graminis f. sp. tritici, Pgt)的严重威胁。这种病害在适宜条件下可在一个月内摧毁整片麦田，导致产量锐减。传统化学杀菌剂虽有效，却存在环境污染和健康风险。因此，开发安全、可持续的生物防治方法成为迫切需求。哈茨木霉(Trichoderma harzianum, TH)作为一种多功能生防菌，能通过竞争营养、分泌抗菌代谢物和诱导植物抗性等多重机制抑制病原菌，但其效果易受环境因素影响。如何通过化学诱导剂增强TH的稳定性与效力，成为突破生物防治瓶颈的关键科学问题。

为回答这一问题，植物病理研究所农业研究中心的研究团队设计了一项创新研究，通过将TH与三种化学诱导剂（钾酒石酸T1、微量营养素混合物T2、硫胺素T3）结合，系统评估其对小麦秆锈病的防治效果及作物生长的影响。研究发现，钾酒石酸强化的TH(T1)表现最优，不仅能显著抑制病原菌，还能激活植物的系统性防御网络，相关成果发表在《BMC Plant Biology》上。

研究采用温室和田间双轨实验设计，关键技术包括：1) 通过扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)观察叶片超微结构变化；2) 测定抗氧化酶（过氧化物酶POD、多酚氧化酶PPO）活性和氧化应激指标（丙二醛MDA、过氧化氢H₂O₂）；3) 量化光合色素含量及产量参数；4) 使用国际标准方法评估病害严重度(DS)和病情进展曲线下面积(AUDPC)。实验材料包括易感小麦品种Morocco和埃及农业研究中心提供的Pgt菌株。

研究结果
幼苗期病害控制
在温室条件下，T1处理使病害严重度降低86.2%，潜伏期延长至22天，显著优于其他处理（T4仅降低57.2%）。电镜显示T1处理的叶片气孔开度减少35%，有效阻隔病原入侵。

生化防御激活
T1处理的植株总酚含量达1866.3 mg/g（对照组854.04 mg/g），POD和PPO活性分别提升76.4%和105.3%。氧化应激分析表明，T1将H₂O₂和MDA含量降低47%，细胞膜稳定性提高6%。

光合系统保护
Pgt感染导致对照组叶绿素a下降58%，而T1处理维持了1.42 μg/g的高水平（对照组0.751 μg/g）。TEM显示T1组叶绿体结构完整，类囊体膜堆叠紧密，而对照组出现质壁分离和细胞器崩解。

田间验证与产量提升
在两季田间试验中，T1使AUDPC降低77.5%，千粒重增加72.9%（35.4 g vs 对照组20.6 g），效果接近化学杀菌剂（增产148.7%），但成本降低34%。

讨论与结论
该研究揭示了钾酒石酸通过多重机制强化TH的效能：1) 促进TH分泌几丁质酶和β-1,3-葡聚糖酶，直接降解Pgt细胞壁；2) 激活水杨酸(SA)和茉莉酸(JA)通路，上调PR蛋白表达；3) 通过2,3-丁二醇等挥发性有机物诱导气孔关闭。尤为重要的是，T1处理在保障防治效果的同时，避免了化学农药对土壤微生物组的破坏，每公顷成本仅11.9美元，具备大规模推广的经济性。

这项研究为小麦秆锈病的综合治理提供了新范式：将生物防治与化学诱导剂结合，既能克服TH的环境敏感性缺陷，又能减少农药依赖。未来研究可进一步解析钾酒石酸调控TH次级代谢的分子机制，并探索其在其他作物-病原体系中的普适性应用。