由禾谷镰孢菌(Fusarium graminearum)侵染引起的玉米茎腐病和拟轮枝镰孢菌(Fusarium verticillioides)侵染引起的玉米穗腐病是严重威胁玉米可持续生产和食用或饲用安全的主要病害,对其长期缺少有效的绿色防控技术。木霉菌(Trichoderma spp.)是国际上普遍应用的植物病害生物防治真菌。前期研究表明:木霉菌处理玉米土壤或种子可同时防控玉米生育后期发生的茎腐病和穗腐病,但对其机理尚不清楚。由此,本文利用生理生化和微生物组学方法,研究棘孢木霉菌(Trichoderma asperellum)GDFS1009系统防控两种靶标病害过程中玉米全株主要防御反应基因、信号转导和内生微生物组的变化,从而揭示木霉菌诱导的全株免疫反应与抗镰孢菌病害及镰孢菌毒素的相关性。1、棘孢木霉菌系统防控玉米茎腐病和穗腐病利用温室盆栽试验和大田人工接种试验研究棘孢木霉菌对玉米茎腐病和穗腐病的防控效果。温室盆栽试验中,棘孢木霉菌对盆栽幼苗根和茎基部禾谷镰孢菌分离频率的抑制率分别为58.25%和62.55%,且使植株株高和根鲜重显著增加。田间人工接种试验中,棘孢木霉菌对玉米茎腐病和穗腐病的防治效果分别为49.83%和39.63%,并能促进植株生长。2、棘孢木霉菌诱导玉米植株防御相关基因系统表达与信号转导利用RT-q PCR检测植株不同生育期不同组织部位防御相关基因表达。结果显示,棘孢木霉菌处理根际土壤,诱导5-6叶期幼苗根、茎、叶POD基因、水杨酸(SA)途径标志基因PR5、茉莉酸(JA)合成相关基因opr7及根系乙烯(ETH)合成相关基因aco上调表达,并诱导抽雄期玉米茎基节、茎中节及叶片PR5上调表达和茎基节opr7和aco上调表达。利用UPLC-MS/MS技术检测相应生育期玉米植株茉莉酸和水杨酸(SA)的含量,发现茉莉酸含量变化与基因定量表达结果的趋势基本吻合,说明播种期棘孢木霉菌处理根际土壤诱导植株主要防御相关基因和茉莉酸/乙烯(JA/ET)信号的系统表达是其系统防控玉米两种镰孢菌病害的重要原因。3、棘孢木霉菌诱导玉米植株内生性微生物组的变化利用高通量测序技术,检测玉米植株内生微生物组。结果表明,棘孢木霉菌有效诱导盆栽幼苗茎基部及叶片内生细菌丰富度及多样性增加,并能增加茎基部有益内生菌群落。田间人工接种试验中,棘孢木霉菌诱导茎基节、茎中节及穗下茎节内生真菌Chao 1丰富度估计指数分别升高42.15%、6.73%和5.21%,内生细菌Chao1丰富度指数分别升高199.30%、29.44%和24.60%,增加水平由下至上逐步递减,说明距离诱导源越近,诱导效应越明显。4、木霉菌及其诱导的内生微生物主要种群抑病及解毒效应分离并鉴定T+F+,T+F-,T-F+和T-F-四种处理的玉米茎基节的内生微生物,结果表明,棘孢木霉菌(T+F-)诱导茎基部可培养内生细菌菌落数量增加,极显著高于其他处理,内生细菌主要为芽孢杆菌属,且以内生多粘类芽孢杆菌(Paenibacillus polymyxa)数量最多,占96.8%。将上述各处理内生菌混合物重新回接至5-6叶期幼苗茎基组织,并挑战接种禾谷镰孢菌,发现棘孢木霉菌(T+F-)诱导的内生微生物主要种群对禾谷镰孢菌茎腐病的防效为66.67%,其茎基部脱氧雪腐镰刀烯醇(deoxynivalenol,DON)和玉米赤霉烯酮(Zearalenone,ZEN)含量分别下降52.88%和21.08%,说明棘孢木霉菌诱导的玉米茎基部内生微生物结构的变化是诱导玉米抗茎腐病的原因之一。在离体条件下,检测了7株木霉菌菌株对镰孢菌毒素的拮抗效应。7株拮抗木霉菌均对ZEN有显著降解作用,6株木霉菌菌株对DON有显著降解作用。同时,棘孢木霉菌诱导玉米茎基节DON和ZEN含量分别下降44.73%和21.45%,且使茎基部解毒相关基因UDP-葡萄糖基转移酶基因(UDP-glucosyltransferase,UGT)上调表达。