哈茨木霉通过优化水分利用增强大麻抗旱性的机制研究

本研究针对气候变化加剧导致的大麻(Cannabis sativa L.)干旱胁迫问题，通过哈茨木霉(Trichoderma hamatum)处理，发现其可使干旱条件下大麻光合速率提升303%，叶绿素a/b含量分别增加29%/39%，并通过上调水通道蛋白基因(PIP/TIP)和次级代谢物(TPC/TFC)积累缓解氧化应激。该成果为农业节水栽培提供新策略，发表于《Current Plant Biology》。

　　

随着全球气候变化加剧，干旱已成为威胁农作物生产的首要非生物胁迫因素。作为兼具经济价值与药用潜力的特色作物，大麻(Cannabis sativa L.)在干旱条件下会出现光合效率下降、叶片早衰等问题，严重影响其纤维产量和药用成分积累。传统灌溉方案不仅水资源消耗大，还可能改变大麻素谱——例如有研究表明干旱会导致Δ⁹-THCA含量上升12%而CBD含量下降75%，这种不可预测的次生代谢变化给标准化种植带来严峻挑战。

江原国立大学生物健康融合系的科研团队在《Current Plant Biology》发表的研究，首次揭示了哈茨木霉(Trichoderma hamatum)通过多维度调控机制增强大麻抗旱性的分子机理。研究人员从大麻根际土壤分离获得T. hamatum菌株，通过ITS/28S rRNA/tef1多基因鉴定后，设置对照(Con)、干旱(DRT)、木霉处理(T)及木霉+干旱(T+DRT)四组实验。采用光合测定系统(Li-6400XT)和HPLC等技术，结合转录组测序(NovaSeq平台)与KEGG通路分析，系统解析了这种有益真菌的作用机制。

2.1 光合参数与抗氧化系统

干旱胁迫使大麻光合速率骤降至对照组的10.7%，而T+DRT组恢复至对照组的43.4%。值得注意的是，T. hamatum处理使叶绿素a/b含量在干旱条件下仍保持正常水平，且显著提升水分利用效率(WUE)2.77倍。与单纯干旱组抗氧化酶(POX/CAT/SOD)活性激增不同，T+DRT组通过增加总酚酸(TPC)和总黄酮(TFC)含量实现非酶促抗氧化防御，ABTS/DPPH自由基清除率分别提升17.6%/18.2%。

2.6 转录组调控特征

在272个被干旱扰动又被T. hamatum恢复的差异基因中，支链氨基酸降解通路(csav00280)最为显著。BCAT2(分支链氨基酸转氨酶)、IVD(异戊酰辅酶A脱氢酶)等基因的过度表达被有效抑制，同时脯氨酸合成关键酶P5CS的表达量回调。更引人注目的是，90%的水通道蛋白相关基因被上调，包括PIP2-2(3.5倍)、TIP1-2(5.15倍)等，这解释了处理组在有限水分条件下仍能维持较高光合效率的原因。

3.3 次级代谢物调控网络

木霉处理显著激活黄酮合成通路关键酶——查尔酮异构酶(CHI)和莽草酸羟基肉桂酰转移酶(HCT)的表达。这与CBDA(增加44.9%)和Δ⁹-THCA(增加53.9%)含量的提升相呼应，表明T. hamatum可能通过重塑次生代谢流来协调抗旱性与药用成分积累。

这项研究不仅揭示了T. hamatum通过"水通道蛋白激活+代谢重编程"的双轨机制增强大麻抗旱性，还为可持续农业提供了新思路。该真菌在提高水分利用效率的同时，能稳定大麻素谱并增强抗氧化能力，这对干旱地区药用植物栽培具有重要实践价值。研究还首次报道了BCAA代谢与木霉诱导抗旱性的关联，为作物抗逆改良提供了新靶点。随着全球干旱面积预计在2050年扩增至50%，这种微生物辅助的节水策略展现出广阔应用前景。