菌根与木霉菌协同诱导的生理防御机制提升西兰花干旱耐受性研究

本研究通过田间试验揭示了菌根真菌(AMF)和木霉菌(TRI)在缓解西兰花干旱胁迫中的协同作用机制。研究人员采用梯度灌溉设计(IR100-IR40)，发现AMF接种通过增强抗氧化酶活性(SOD/POX/PPO)、提升渗透调节物质(脯氨酸)含量及维持细胞膜稳定性(MSI)，使西兰花在节水20%(IR80)条件下仍保持产量稳定。该研究为干旱地区蔬菜节水栽培提供了微生物调控新策略。

　　

在全球气候变化加剧的背景下，干旱已成为制约农业生产的关键因素。作为重要的十字花科蔬菜，西兰花(Brassica oleracea var. italica)因其浅根系特性对水分波动极为敏感，干旱会导致其光合效率下降、膜系统损伤及产量锐减。传统灌溉方式在水资源匮乏地区难以为继，而单纯依靠育种手段培育抗旱品种又面临周期长、成本高的困境。在此背景下，如何通过生态友好方式提升作物的干旱适应能力，成为当前农业可持续发展的重要课题。

埃及国家研究中心的科研团队在《BMC Plant Biology》发表的研究中，创新性地将微生物接种技术应用于西兰花抗旱栽培。通过两年的田间试验(2023-2025)，系统评估了丛枝菌根真菌(AMF)和木霉菌(TRI)在不同梯度干旱胁迫下的生理调控效应。研究发现，这两种共生微生物能通过差异化的防御机制，显著提升西兰花在水分亏缺条件下的生存能力，其中AMF接种使作物在节水20%条件下仍保持产量稳定，为干旱地区蔬菜生产提供了切实可行的解决方案。

研究采用梯度灌溉设计(100%/80%/60%/40%灌溉需求)与微生物接种(AMF/TRI)的复因子试验，通过SPAD-502叶绿素仪测定光合色素含量，采用电导法评估膜稳定性指数(MSI)，并运用分光光度法检测超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POX)等抗氧化酶活性。同时测定脯氨酸等渗透调节物质积累量，最终通过农艺性状测定验证微生物接种的实际增产效果。

生理特性研究结果显示，AMF接种使中度干旱(IR60)条件下的叶绿素含量(SPAD值)提升12.6%，膜稳定性指数(MSI)和相对含水量(RWC)分别提高9.5%和40.4%。在抗氧化防御方面，IR60×AMF组合使SOD活性达到123.1 U/min g^-1，较对照提升1.8倍；同时总酚类物质含量增加29.9%，脯氨酸积累量提升36.6%。值得注意的是，木霉菌(TRI)在重度干旱(IR40)条件下表现出特殊的保护效应，其POX活性达9.09 U/min g^-1，显著缓解了极端水分胁迫造成的氧化损伤。

农艺性状分析证实，AMF接种使IR80处理的单株叶面积达到1407.5 cm²，接近充分灌溉(IR100)水平。尽管生物量随干旱加剧呈下降趋势，但AMF接种使IR80条件下的花球产量维持在17.5 t/ha，与常规灌溉无显著差异。相关分析表明，SOD活性与根系干重(RDW)呈极显著正相关(r=0.82, p<0.01)，印证了抗氧化系统在维持植株生长中的核心作用。

该研究首次系统揭示了AMF在十字花科作物中的抗旱机制：通过扩大根系吸收面积增强水分获取，同时激活SOD-POX抗氧化级联反应清除活性氧(ROS)，协同脯氨酸等渗透物质的积累维持细胞膨压。特别值得注意的是，虽然传统观点认为十字花科植物与AMF的共生能力退化，但研究观察到Glomus和Gigaspora属真菌仍能形成原始丛枝结构(RAM)，这为拓展AMF在非宿主作物的应用提供了理论依据。实践层面，研究证实仅通过AMF接种即可实现20%的灌溉节水而不减产，这对埃及等干旱地区的蔬菜可持续生产具有重要指导价值。未来研究可进一步解析AMF与TRI的协同作用机制，并开发适合不同土壤类型的复合微生物制剂。