生物炭与哈茨木霉菌联合应用对干旱胁迫下辣椒生理生化修复效应的协同机制研究

《Plant Growth Regulation》：Physiological and biochemical ameliorative effects of Biochar, Trichoderma harzianum, and combined applications in Capsicum annuum L. under water stress

本研究针对水资源短缺对辣椒生产的胁迫问题，通过联合施用生物炭与哈茨木霉菌，系统评估其对辣椒抗旱性的调控作用。结果表明，联合处理显著提升抗氧化酶活性（CAT、POD、SOD）、促进渗透调节物质（脯氨酸、蔗糖）积累，并优化激素平衡（IAA↑1500%、GA↑2900%、ABA↓99.5%），为可持续农业提供新策略。

　　

随着气候变化加剧，全球农业面临日益严峻的水资源短缺挑战。干旱胁迫导致作物养分吸收下降20-40%，氧化应激指标（H₂O₂和MDA）显著上升，严重制约辣椒等经济作物的产量与品质。传统灌溉管理难以应对极端干旱，亟需开发低成本、环境友好的生物协同调控技术。

本研究通过设计不同灌溉梯度（100%、75%、50%田间持水量）与处理组合（对照组、生物炭、哈茨木霉菌、联合处理），探究生物炭（B）与哈茨木霉菌（TH）对辣椒抗旱性的协同机制。结果发现，在重度干旱（50%灌溉）下，联合处理（BTH）使CAT、POD、SOD活性提升超40%，H₂2O₂积累降低25%，同时促进生长激素（IAA、GA）合成并抑制ABA积累，显著缓解氧化损伤。主成分分析表明，BTH处理通过激活抗氧化防御、调节激素网络与渗透平衡，实现植物生理状态的优化分离。

研究采用盆栽实验，通过重力法控制灌溉量，利用微波消解-ICP-OES分析矿质元素，HPLC检测植物激素（IAA、GA、ABA等），并测定抗氧化酶活性（SOD、POD、CAT）及氧化应激指标（MDA、H₂O₂）。实验土壤为灭菌园土，生物炭来源于天然橡木（450℃制备），哈茨木霉菌孢子悬浮液（1×10⁶conidia/mL）于苗期接种。

激素调控与氧化应激响应

在重度干旱下，BTH处理使IAA和GA浓度分别增加1500%和2900%，而ABA降低99.5%。同时，防御激素SA和JA上升约50%，协同增强抗逆信号通路。氧化应激方面，BTH50组的CAT活性达835.59 U/g FW，较对照组提升114.9%，MDA含量降低至14.39 μmol/g FW，表明联合处理有效抑制膜脂过氧化。

养分吸收与渗透调节

干旱导致对照组NPK吸收下降20-40%，而BTH处理维持较高养分浓度（如氮含量提升至4.60%）。渗透物质脯氨酸和蔗糖在BTH50组分别积累至1.19 μmol/g FW和5.09 mg/g FW，通过 osmotic adjustment 维持细胞水势平衡。

微生物-土壤-植物互作

生物炭的多孔结构为哈茨木霉菌提供定殖微环境，后者通过分泌有机酸活化土壤磷钾，并诱导系统抗性。PCA分析显示BTH处理在PC1轴正向聚集，与抗氧化酶、渗透物质及生长激素呈正相关，印证其协同增效机制。

研究结论表明，生物炭与哈茨木霉菌联合应用通过“土壤改良-微生物激活-植物生理调控”三级通路，显著提升辣椒抗旱能力。该策略不仅缓解干旱导致的养分吸收障碍与氧化损伤，还通过激素重编程维持生长-防御平衡，为可持续农业中的水分高效管理提供理论依据。论文发表于《Plant Growth Regulation》，为作物抗逆栽培创新技术开发奠定基础。