非致病性尖孢镰刀菌FO12通过调控植物激素谱和土壤特性促进植物生长的机制研究

《Plant and Soil》：Fusarium oxysporum FO12 enhances plant performance by modulating the phytohormone profile and soil properties as a function of the inoculation method

推荐语：针对现代农业对可持续增产的需求，西班牙科尔多瓦大学团队在《Plant and Soil》发表研究，揭示非致病性尖孢镰刀菌FO12通过种子包衣(Sd)和土壤处理(St)两种接种方式，显著提升向日葵和小麦在石灰性与非石灰性土壤中的生物量(增产27-34%)，并首次阐明其通过调节JA/IAA/ACC等植物激素和提升FeDTPA/ZnDTPA/POLSEN有效性实现促生作用，为微生物肥料开发提供新思路。

　　

在当今全球粮食安全面临严峻挑战的背景下，如何通过环境友好型农业技术实现可持续增产成为科学界关注的焦点。传统农业过度依赖化肥农药不仅造成环境污染，还导致作物对生物和非生物胁迫的抵抗力下降。联合国预测到205年全球粮食产量需增加70%才能满足需求，这促使科学家将目光投向植物内生真菌(EF)这类天然"生物刺激素"——它们能与植物形成互利共生关系，通过调控生理过程和改善根际环境来促进生长。

西班牙科尔多瓦大学农业系(DAUCO)的Jesús Sevillano-Cao团队针对非致病性尖孢镰刀菌FO12这一特殊菌株展开深入研究。该菌株虽属 notorious 的镰刀菌属，但其FO12菌株已被证明能作为生物防治剂防控橄榄树黄萎病，并能定殖多种作物根系。然而，其在自然土壤条件下的促生效果及不同接种方式的比较研究尚属空白。为此，研究人员设计了两组创新实验：体外实验通过Czapek-Dox培养基添加不同浓度Fe/Zn/P源，测定FO12对pH、电导率(EC_1:2.5)及Fe_DTPA/Zn_DTPA/P_OLSEN有效性的影响；体内实验则选用向日葵(双子叶)和小麦(单子叶)作为模式植物，在四种不同质地的西班牙农田土壤中比较种子包衣(Sd)和土壤接种(St)两种处理方式的效果。

关键技术方法包括：采用选择性Komada培养基进行菌落计数(CFUs)；通过原子吸收光谱测定植物组织矿质元素含量；利用HPLC-ESI-HRMS高分辨质谱精准分析IAA、JA、ACC等6种植物激素；结合BBCH标准量化作物物候期。所有实验均采用完全随机设计，数据经ANOVA和LSD检验(P≤0.05)。

研究结果揭示多重突破性发现：

1. 体外实验显示FO12使培养基pH显著升高1.5单位，同时将Fe有效性提升202%，Zn提升52%，并伴随铁载体产量增加至28.9 μmol g^-1 h^-1。
2. 盆栽实验中，St处理在石灰性土壤(CAL1/CAL2)中使向日葵花序干重增加31%，小麦籽粒增产34%，且显著提升Fe/Zn/Mn等微量元素的吸收。
3. 激素谱分析发现Sd处理能系统性上调JA(47%)、JA-Ile(511%)和ACC(226%)，同时降低IAA(39%)，这种"激素重编程"现象在四种土壤中高度一致。
4. 土壤特性改变呈现接种方式特异性：St处理使所有土壤pH升高0.3-0.8单位，且菌落数达1.9×10⁵ CFUs g^-1，是Sd处理的3.5倍。

讨论部分强调该研究的三大理论价值：首次证实FO12的促生效果具有土壤类型依赖性，在有机质含量高的非石灰性土壤(NCAL1)表现最佳；阐明两种接种方式的差异化机制——St主要通过改变土壤理化性质(如提升P/Fe有效性)发挥作用，而Sd则侧重调控植物内源激素网络；发现FO12能协调JA/SA/IAA等防御相关激素的平衡，这为解释其兼具促生和抗病特性的现象提供新视角。在实际应用方面，该研究为开发基于FO12的多功能生物制剂提供科学依据，特别是针对地中海地区常见的石灰性土壤障碍问题。论文建议未来研究应关注不同作物-菌株-土壤组合的优化，并探索FO12与其他有益微生物的协同效应。

这项由西班牙"玛丽亚·德·马埃斯图卓越单位"(CEX2019-000968-M)资助的研究，不仅拓展了我们对植物-微生物互作机制的认识，更为减少农业对化学投入品的依赖提供了切实可行的解决方案。随着欧盟2019/1009法规对生物刺激素定义的明确，FO12这类兼具营养增效和胁迫缓解功能的微生物制剂，有望在可持续农业领域发挥越来越重要的作用。