木霉（Trichoderma）和水杨酸/甲基茉莉酸（Salicylic Acid/Methyl Jasmonate）对党参（Codonopsis pilosula）生长、发育及脂质代谢的影响

《Journal of Plant Physiology》：Effects of Trichoderma and Salicylic Acid/Methyl Jasmonate on the Growth, Development, and Lipid Metabolism of Codonopsis pilosula

探究内生真菌FG和外源SA/MJ对党参幼苗生长及代谢的调控机制，发现FG在晚期促进代谢重编程，而SA/MJ协同效应在早期提升生物质积累，为优化栽培提供理论依据。

　　

高鹏飞|张红|朱宁|马远林|罗文|杨中铎|孙文斌|王永刚|王新健|唐向芳|刘莉莉|李莉

兰州理工大学生命科学与工程学院，中国兰州730050

摘要

内生真菌和植物激素信号可以通过以阶段依赖的方式重新编程代谢来共同影响药用植物的生长-防御权衡。为了阐明内生真菌Trichoderma longibrachiatum FG和外源水杨酸（SA）及茉莉酸甲酯（MJ）如何调节Codonopsis pilosula，将幼苗分为五组处理：对照组（CK）、FG组、SA组、MJ组以及SA + MJ组合组（SM组）。在多个生长阶段通过形态测量、光合作用和生理测定、抗氧化分析以及非靶向代谢组学方法进行了评估。所有处理都促进了幼苗的生长，其中SM组在生物量相关特征（包括根系生长和总体生物量积累）方面表现出最显著的改善。FG、SA和MJ改变了光合作用特征和氧化还原状态，这通过光合作用参数的变化、抗氧化酶活性、脂质过氧化水平以及内源性信号分子（SA、JA、NO）的变化得到证实，表明它们对初级生理过程和应激相关反应进行了协调调节。基于UHPLC/Q-TOF的代谢组学分析揭示了时间上的差异模式：FG在早期引起有限的变化，但在50天时引发了显著的代谢重编程，而SA、MJ和SM组在15天时引起了更强的代谢物变化。差异代谢物主要是脂质和类脂质分子，类固醇及其衍生物途径成为关键响应中心；值得注意的是，FG在后期与油菜素内酯生物合成相关的中间体富集有关。总体而言，SA–MJ的相互作用取决于具体特征，在生物量相关表现上显示出更明显的协同效应，而FG主要贡献于后期的代谢调整。这些发现为优化C. pilosula的高质量栽培和可持续利用提供了机制基础。

引言

Codonopsis pilosula（俗称黄参或黄党）在2015年版《中国药典》中被正式列为几种Codonopsis属植物的干燥根，包括Codonopsis pilosula (Franch.) Nannf.、C. pilosula Nannf. var. modesta (Nannf.) L. T. Shen和C. tangshen Oliv.，均属于桔梗科（Bai et al., 2022）。根据中医理论，该植物根部具有甘味和性质偏中性，与脾经和肺经相关（Liu et al., 2024）。传统上，C. pilosula被广泛用于补脾养肺、滋养血液和促进体液生成。它被用于治疗脾肺气虚、咳嗽伴呼吸困难以及气血不足等症状（Chu et al., 2024）。植物化学研究表明，C. pilosula及其相关物种中含有多种结构多样的化合物，包括炔烃和多炔衍生物、含氮生物碱、苯丙素类、木脂素、三萜皂苷（Li, Y. et al., 2023）、黄酮类、甾体化合物、有机酸和糖类（Dar et al., 2023）。在这些成分中，甾体化合物——主要是甾醇及其衍生物——在C. pilosula的乙醇提取过程中通常与三萜类共同被提取出来。作为重要的亲脂性成分，甾醇可能与其他生物活性成分协同作用，发挥免疫调节和抗炎药理作用（Li, W. et al., 2023）。

内生真菌是广泛存在于植物组织中的共生微生物，常见于根、茎和叶中（Nashat et al., 2024）。它们可以分泌植物激素来直接刺激根系发育和植物生长，并能调节生理代谢以促进多糖和黄酮类等药用化合物的生物合成（Woo et al., 2023）。Trichoderma是一种在自然界中广泛分布的丝状真菌。研究表明，Trichoderma通过多种机制促进植物生长，包括产生促进生长的代谢物和增强养分吸收及耐逆性（Akbari et al., 2024）。Trichoderma的促生长效果通常与植物激素信号通路的调节有关，这些通路控制着植物生长的多个方面（Khan et al., 2023）。通过调节内源性激素信号，Trichoderma直接或间接增强了植物的代谢活性。Trichoderma产生的类激素代谢物可以刺激根系发育，提高养分吸收效率，从而促进碳水化合物、氨基酸和脂质的合成与积累（Contreras-Cornejo et al., 2024）。此外，Trichoderma的定植显著增加了次级代谢产物的产生。例如，在缺水条件下，接种Trichoderma的植物会积累更高水平的脯氨酸、酚类、丙二醛（MDA）和可溶性蛋白质（Valiyambath et al., 2024）。这些代谢物不仅参与植物防御反应，还与抗病性和耐逆性密切相关（Woo et al., 2023）。

水杨酸（SA）是一种内源性植物激素，不仅调节植物生长发育，还在植物对抗生物胁迫和次级代谢调节中发挥关键作用（Song et al., 2023）。Hao等人报告称，SA能诱导H₂O₂的产生，从而促进迷迭香酸的积累（Hou et al., 2024）。在用20、50和100 μmol/L SA处理Salvia miltiorrhiza毛状根的实验中，Ding等人发现72小时内迷迭香酸和 salvianolic acid B的水平升高，随后下降。在这些处理中，50 μmol/L SA组的毛状根中迷迭香酸和 salvianolic acid B的浓度最高。此外，SA处理提高了与次级代谢密切相关的基因的转录水平，包括PAL、C4H、4CL1、TAT和RAS，从而促进了更有效的次级代谢过程（Ding et al., 2023）。

茉莉酸（JA）是一种重要的植物信号分子，在植物应对非生物胁迫的过程中起关键作用，能增强植物在不利环境条件下的抗性（Macioszek et al., 2023）。它还作为一种信号分子，诱导植物防御相关基因的表达，从而调节次级代谢产物的生物合成（Lee et al., 2023）。当植物遇到非生物胁迫时，JA深度参与其生理和分子响应机制。在生理层面上，JA主要通过激活抗氧化系统（Waheed et al., 2022）、促进氨基酸和可溶性糖的积累（Zhang, Q. et al., 2023）以及精细调节气孔运动（Montesinos-Navarro et al., 2024）来发挥作用。在分子层面上，JA通过调节相关基因的表达和其他植物激素的复杂相互作用来发挥效应（Falconieri et al., 2022）。

本研究中，C. pilosula幼苗作为实验材料。处理方法包括接种Trichoderma longibrachiatum悬浮液以及外源施用水杨酸（SA）和茉莉酸甲酯（MJ）。通过多维实验设计，系统分析了C. pilosula幼苗的形态发育、光合作用特性、抗氧化防御反应和代谢组学变化。实验设置包括四个处理组：FG组（接种Trichoderma longibrachiatum）、SA组（施用SA）、MJ组（施用MJ）以及SM组（同时施用SA和MJ）。在多个时间点（15天、30天和50天）测量了表型和生理参数，包括根长、鲜重、叶绿素含量和气孔导度。此外，采用非靶向代谢组学方法鉴定差异代谢物和富集途径，特别关注Trichoderma以及外源激素SA和MJ对C. pilosula代谢的调节作用。

部分摘要片段

C. pilosula幼苗和真菌菌株

C. pilosula（品种：'Wendang'）的成熟种子由甘肃省岷县当归研究所提供，该品种是甘肃特有的地理真种。种子发芽率超过90%。种子在兰州理工大学的人工气候室内的土壤中培养。培养参数如下：海拔1530.49 ± 5.2米；地理坐标北纬36°3′20″，东经103°46′34″；温度25°C；相对湿度54%。

Trichoderma对C. pilosula生物量的影响

如图1A所示，接受FG处理的C. pilosula幼苗的整体生长表现优于对照组（CK），尽管在50天时观察到轻微的叶片黄化现象。如图1B-F所示，与CK相比，FG处理显著促进了根系发育、茎秆增粗、生物量积累和地上部分生长。在15天时，根长呈增长趋势但未达到显著水平；在30天和50天时，根长显著增加。

讨论

内生真菌在宿主植物体内生存而不引起疾病，这种共生关系对植物的生长和发育至关重要。越来越多的证据表明，内生真菌不仅参与调节植物生长和发育，还增强了次级代谢产物的生物合成（Shen et al., 2022）。例如，有研究报道Penicillium citrinum促进了Waito-C水稻和Atriplex gemelinii幼苗的生长（Khalmuratova et al., 2021）。类似地，

结论

内生Trichoderma FG和外源SA/MJ均促进了Codonopsis pilosula幼苗的生长，并重塑了其代谢网络。SA和MJ在早期（15天）引发了类固醇和甾醇相关途径的显著反应，而SA和MJ的组合效应主要体现在生物量相关特征上。相比之下，FG在后期（50天）引发了代谢重编程，并与油菜素内酯的富集相关。

CRediT作者贡献声明

唐向芳：研究工作。 刘莉莉：数据整理。 李莉：数据验证。 高鹏飞：初稿撰写、可视化、数据整理。 张红：初稿撰写、可视化、数据整理。 朱宁：方法学设计。 马远林：正式分析。 罗文：概念构思。 杨中铎：资源获取。 孙文斌：监督。 王永刚：撰写、审稿与编辑、资源获取、资金申请。 王新健：项目管理

未引用参考文献

Li et al., 2023; Zhang et al., 2025; Zhang et al., 2023.

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文研究的财务利益或个人关系。

数据可用性

本研究生成的代谢组学数据将提交至MetaboLights数据库，存档号为REQ20260319217928。

资助

本工作得到了国家自然科学基金 [项目编号32160066]、甘肃省自然科学基金 [项目编号22JR5RA263, 23JRRA815]、甘肃省重点研发计划（项目编号25YFNJ001）以及甘肃省陇原青年人才计划项目（编号2023-2025）、甘肃省联合研究基金（24JRRA831）和甘肃省博士后专项计划（编号25JRRGO29）的支持。

利益冲突声明

? 作者声明他们没有已知的可能会影响本文研究的财务利益或个人关系。