海藻提取物對水培生菜生長、品質(zhì)及抗氧化能力的影響

王海英，鄭志紅,，叢?；?，陶傳濤，李振興，王金鳳，雷惠雯，張 杰

(1.中國水產(chǎn)科學(xué)研究院 黃海水產(chǎn)研究所/青島海洋科學(xué)與技術(shù)試點(diǎn)國家實(shí)驗(yàn)室海洋藥物與生物制品功能實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266071；2.大連海洋大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧 大連 116023；3.廊坊垠良農(nóng)業(yè)開發(fā)有限公司，河北 永清 065600；4.永清縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，河北 永清 065600；5.河北省農(nóng)業(yè)農(nóng)村廳，河北 石家莊 050011)

TS254.4

我國是農(nóng)業(yè)大國，在農(nóng)產(chǎn)品種植過程中，使用化肥和農(nóng)藥可有效促進(jìn)農(nóng)作物生長并降低各種生物及非生物脅迫的負(fù)面影響。然而，過度使用化肥和農(nóng)藥會對環(huán)境造成有害影響，例如：地下水污染、土壤酸化等，并且全球每年有100萬人死于農(nóng)藥中毒引起的慢性疾病。依賴化肥和農(nóng)藥提高農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量將會對環(huán)境和人類健康持續(xù)產(chǎn)生嚴(yán)重影響，因此人們開始尋找更環(huán)保和安全的方法去提高農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)。

近年來，一類叫做生物刺激素的農(nóng)資產(chǎn)品在國內(nèi)外大熱，它區(qū)別于農(nóng)藥和傳統(tǒng)肥料，無關(guān)營養(yǎng)成分，以微量高效著稱，直接作用于農(nóng)作物本身，改善作物的生理生化狀態(tài)，提高肥料利用率和農(nóng)藥效果，提高農(nóng)作物抵抗逆境的水平，進(jìn)而改善農(nóng)作物的最終產(chǎn)量和農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)，生物刺激素作為新型肥料在我國減肥增效行動(dòng)實(shí)施中發(fā)揮了重要的作用。常見的天然生物刺激素有腐殖酸、黃腐酸、海藻提取物、有益微生物、蛋白質(zhì)水解物和氨基酸，海藻提取物是生物刺激素中重要的一種。

海藻提取物富含微量和常量元素、多糖、植物激素、不飽和脂肪酸和滲透性物質(zhì)，這些化合物以連鎖和組合形式發(fā)揮作用，對植物的生長產(chǎn)生積極影響，如增加植物內(nèi)部的生物過程，促進(jìn)植物生長，并且可以豐富作物的品質(zhì)特征，還可以提高植物的抗逆性，改善從土壤中獲取養(yǎng)分的途徑，并且提高抗氧化性能。海藻提取物已被廣泛使用，約占全球生物刺激素市場的33%，預(yù)計(jì)在2022年將達(dá)到8.94億歐元。

海藻提取物一般通過物理法、化學(xué)法和生物法來降解海藻獲得。物理法操作簡單，運(yùn)用機(jī)械力將海藻內(nèi)的物質(zhì)釋放出來，從而獲得海藻提取物，但物理法提取成本較高。化學(xué)法成本低，可以大規(guī)模生產(chǎn)，是目前廣泛應(yīng)用的生產(chǎn)技術(shù)，但化學(xué)試劑對海藻中的活性物質(zhì)破壞較大且提取率不高。生物法是利用酶解法將海藻中的大分子物質(zhì)降解成更加容易被植物吸收的小分子物質(zhì)，生物法可以最大限度地將海藻中的活性物質(zhì)提取出來，是理想的得到海藻提取物的方法，這在本課題組之前的工作中也有相關(guān)的報(bào)道。

關(guān)于海藻肥促進(jìn)作物生長、提高產(chǎn)品品質(zhì)的報(bào)道已有不少，如Wang等施用不同濃度的海藻肥(購于青島明月海藻集團(tuán))促進(jìn)蘋果幼苗的生長，提高了幼苗的光合速率、葉綠素含量及抗氧化酶活性，并且處理后的幼苗沒有表現(xiàn)出蘋果再植病的癥狀；Ghatas等研究表明，葉面噴施海藻提取液和微量營養(yǎng)素，對黃花蒿的養(yǎng)分含量、產(chǎn)量、葉綠素和碳水化合物含量均有顯著影響；何銳等通過不同濃度營養(yǎng)液添加海藻肥(廣州申晶雅農(nóng)業(yè)科技有限公司生產(chǎn))作為營養(yǎng)液進(jìn)行水培實(shí)驗(yàn)，研究表明生菜的產(chǎn)量及品質(zhì)得到提高。但大多數(shù)試驗(yàn)均以添加其他營養(yǎng)成分的海藻肥成品進(jìn)行，而不是原始的海藻提取液。為探討無外源營養(yǎng)成分添加的純海藻提取液對作物生長的促進(jìn)作用，本試驗(yàn)采用不同稀釋倍數(shù)的酶解海藻提取液對水培生菜進(jìn)行葉面噴施處理，探究海藻提取液對水培生菜的生長、品質(zhì)及抗逆性相關(guān)抗氧化酶活性的影響，以期為海藻提取物在作物生長應(yīng)用方面提供數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2021年10月23至11月27日在河北廊坊垠良農(nóng)業(yè)開發(fā)有限公司完成。供試作物為水培生菜，海藻酶解提取液由中國水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所提供，其干物質(zhì)含量約8.5%左右，海藻酸含量約2.5%左右。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

設(shè)4個(gè)處理組(育苗26 d或生菜苗長到五葉一心時(shí)移栽)，均生態(tài)環(huán)境條件良好、肥水與病蟲防治等田間管理一致。每個(gè)處理組地塊面積2 m左右。4個(gè)處理組分為試驗(yàn)組和對照組，試驗(yàn)組分別用稀釋300倍、500倍、800倍的海藻提取液進(jìn)行葉噴，7 d葉噴一次共噴4次(葉噴以濕潤葉面即可，不要滴落融入水培液中)，分別用S-300、S-500、S-800表示；以清水噴施作為對照，用CK表示。試驗(yàn)期間只施用NPK基礎(chǔ)肥料及微量元素肥料(嚴(yán)禁施用其他氨基酸、微生物等天然生物刺激素類肥料)。

1.3 指標(biāo)測定

1.3.1 生長指標(biāo) 試驗(yàn)結(jié)束后，每個(gè)處理組隨機(jī)選取3株測定生長指標(biāo)。采用直尺測量法測定株高、莖粗及最大根長；用稱重法測量地上部干鮮重；葉片數(shù)目在植株上數(shù)；根冠比為生菜地下部分與地上部分干重的比值。

1.3.2 生理品質(zhì)指標(biāo) 采用蒽酮法測定植物可溶性總糖含量，考馬斯亮藍(lán)比色法測定植物可溶性蛋白含量，比色法測定葉綠素含量和類胡蘿卜素含量，紫外分光光度法測定花青素及硝酸鹽含量；2,6-二氯靛酚滴定法測定植物維生素C含量；采用試劑盒測定過氧化氫酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)活性。

1.4 數(shù)據(jù)處理和分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理采用Excel軟件進(jìn)行一般計(jì)算和作圖，SPSS軟件進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，LSD法(<0.05)進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 海藻提取液對水培生菜生長的影響

由表1可知，水培生菜的株高、莖粗及葉片數(shù)目均隨著海藻提取液稀釋倍數(shù)的增加呈先增大后減小的趨勢，且試驗(yàn)組株高與莖粗均高于對照(CK)組(>0.05)，S-500試驗(yàn)組的葉片數(shù)目顯著高于CK組(<0.05)；最大根長隨著海藻提取液稀釋倍數(shù)的增加而增大(>0.05)。表明海藻提取液具有促進(jìn)生菜生長的作用，稀釋500倍的海藻提取液有較明顯的作用。

表1 不同稀釋倍數(shù)的海藻提取液對水培生菜生長的影響

2.2 海藻提取液對水培生菜鮮重及干重的影響

由表2可知，隨著海藻提取液稀釋倍數(shù)的增加，水培生菜的鮮重、干重及根冠比都呈先增加后降低的趨勢，且均高于對照組。與對照組相比，S-300組的鮮重及地上部干重?zé)o顯著差異，根系干重與根冠比顯著增大(<0.05)；S-500組水培生菜的鮮重、干重及根冠比分別顯著比CK組高24.1%、20.0%、17.8%、37.9%和17.2%；S-800組的鮮重、干重與根冠比與CK組均無顯著性差異。表明葉面噴施海藻提取液可以使水培生菜的產(chǎn)量增加，且根系發(fā)達(dá)，其中S-500組的處理效果較好。

表2 不同稀釋倍數(shù)的海藻提取液對水培生菜鮮重及干重的影響

2.3 海藻提取液對生菜品質(zhì)的影響

由表3可知，隨著海藻提取液稀釋倍數(shù)的增加，水培生菜的可溶性糖含量和Vc含量均呈現(xiàn)下降趨勢，試驗(yàn)組的可溶性糖含量和Vc含量均顯著高于CK組(<0.05)，其中，S-300組與S-500組的可溶性糖含量分別比CK組高39.5%和37.2%，S-300組與S-500組的Vc含量分別比CK組高了75.8%、75.2%；可溶性蛋白含量隨著海藻提取液稀釋倍數(shù)的增加呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，試驗(yàn)組的可溶性蛋白含量顯著高于CK組(<0.05)，其中，S-500組的可溶性蛋白含量比CK組高了27.3%；硝酸鹽含量在CK組最高，經(jīng)過海藻提取液處理后呈現(xiàn)明顯的下降趨勢，且稀釋倍數(shù)越高，硝酸鹽含量越低；表明海藻提取液能夠使水培生菜的品質(zhì)顯著提高，當(dāng)海藻提取液稀釋倍數(shù)為500倍時(shí)達(dá)到最佳效果。

表3 不同稀釋倍數(shù)的海藻提取液對水培生菜品質(zhì)的影響

2.4 海藻提取液對生菜抗氧化酶活性的影響

由圖1可知，隨著海藻提取液稀釋倍數(shù)的升高，水培生菜的過氧化氫酶、過氧化物酶、超氧化物歧化酶三個(gè)酶的酶活性都呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。其中，各試驗(yàn)組過氧化氫酶及超氧化物歧化酶的酶活性均顯著高于對照組(<0.05)；S-500組的CAT、POD、SOD的酶活性均顯著高于CK組(<0.05)，比CK組分別高了29.3%、20.8%和91.8%。表明：用合適濃度的海藻提取液對水培生菜進(jìn)行葉噴，可以提高水培生菜的過氧化氫酶、過氧化物酶、超氧化物歧化酶的酶活性，且稀釋倍數(shù)為500倍時(shí)效果最佳。

圖中標(biāo)有不同字母者表示組間有顯著性差異(P<0.05)，標(biāo)有相同字母者表示組間無顯著性差異(P>0.05)，下同。

2.5 海藻提取液對生菜葉綠素、類胡蘿卜素和花青素含量的影響

根據(jù)圖2可知，對照組中水培生菜的葉綠素、類胡蘿卜素和花青素含量較低。經(jīng)海藻提取液葉噴后，水培生菜葉綠素含量隨著海藻提取液稀釋倍數(shù)的增大呈先上升后下降趨勢，并且試驗(yàn)組的葉綠素含量均顯著高于對照組(<0.05)，S-500組和S-800組的葉綠素含量高于CK組136.6%和127.7%；隨著海藻提取液稀釋倍數(shù)的增大，類胡蘿卜素含量呈下降趨勢，其中S-300組和S-500組的類胡蘿卜素含量顯著高于CK組，比CK組高183.4%和130.4%(<0.05)；花青素含量隨著海藻提取液稀釋倍數(shù)的增加呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，且顯著高于CK組，其中S-500組花青素含量比CK組高131.1%。表明：海藻提取液可以提高水培生菜中的葉綠素、類胡蘿卜素和花青素含量，綜合來看，S-500組的處理效果最佳。

圖2 不同稀釋倍數(shù)的海藻提取液對水培生菜葉綠素、類胡蘿卜素和花青素含量的影響

3 結(jié)論與討論

3.1 討論

本研究使用不同稀釋倍數(shù)的酶解海藻提取液對水培生菜進(jìn)行葉面噴施處理，試驗(yàn)結(jié)果表明，與清水對照組相比，噴施海藻提取液提高了水培生菜的株高、莖粗和最大根長(表1)，并且顯著提高了水培生菜的葉片數(shù)目(表1)和鮮重、干重及根冠比(表2)。這種現(xiàn)象可以歸因于海藻提取物中含有多種生物活性物質(zhì)，能夠在植物中誘導(dǎo)一系列積極的生理反應(yīng)，從而促進(jìn)作物生長，提高作物產(chǎn)量。海藻提取物含有的寡糖、氨基酸、維生素和激素及類激素活性的物質(zhì)被鑒定為植物的促生長劑，這些物質(zhì)通過刺激細(xì)胞分裂和伸長，進(jìn)一步在促進(jìn)生長方面發(fā)揮著主要作用。因此，它們可以用于農(nóng)業(yè)實(shí)踐中促進(jìn)作物生長和提高作物產(chǎn)量。

在蔬菜中，可溶性糖、可溶性蛋白和Vc含量越高，其品質(zhì)及營養(yǎng)價(jià)值就越高。本研究葉面噴施海藻提取物后，水培生菜中的可溶性糖、可溶性蛋白和Vc含量顯著升高?？扇苄蕴悄軌?yàn)樽魑锏纳顒?dòng)提供能量，促進(jìn)生長發(fā)育；可溶性蛋白含量的提高，可以提高作物的代謝能力；Vc含量較CK組提升70%左右，Vc可作為抗氧化劑、酶因子和生長調(diào)節(jié)因子。它在不同的過程中發(fā)揮重要作用，包括光合作用和光保護(hù)、細(xì)胞壁發(fā)育和細(xì)胞生長，并通過合成乙烯、赤霉素、花青素和羥脯氨酸來抵抗環(huán)境脅迫，從而加快生菜生長；硝酸鹽含量大幅下降，這可能是因?yàn)楹Ｔ逄崛∥锿ㄟ^上調(diào)硝酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因的表達(dá)刺激了氮感應(yīng)，提高了氮同化從而降低了硝酸鹽含量。

干旱、極端溫度和營養(yǎng)缺乏是導(dǎo)致非生物脅迫的主要因素，從而對作物生產(chǎn)力產(chǎn)生負(fù)面影響。非生物脅迫會導(dǎo)致氧化應(yīng)激，產(chǎn)生過量的活性氧(ROS)，激發(fā)抗氧化防御機(jī)制。已知ROS能損害DNA、蛋白質(zhì)和脂質(zhì)等生物分子。為了減輕這種有害影響，植物采取了幾種自然防御機(jī)制。更準(zhǔn)確地說，ROS的清除要?dú)w功于酶促和非酶促抗氧化劑系統(tǒng)，如超氧化物歧化酶(SOD)、抗壞血酸過氧化物酶(APX)、愈創(chuàng)木酚過氧化物酶(GPX)、脫氫抗壞血酸還原酶(DHAR)、谷胱甘肽還原酶(GR)、過氧化氫酶(CAT)、單氫抗壞血酸還原酶(MDHAR)、抗壞血酸(AsA)、酚類化合物、谷胱甘肽、生育酚等。本研究中，噴施稀釋倍數(shù)為500倍的海藻提取液后，三種抗氧化酶活性顯著提高，酶活性的增加表明水培生菜中的抗氧化機(jī)制提高，防止細(xì)胞氧化損傷。因此，海藻提取液可以作為生物抗逆產(chǎn)品在干旱洪澇等非生物脅迫情況下使用，穩(wěn)定和提高作物產(chǎn)量。

葉綠素、類胡蘿卜素和花青素是植物色素和強(qiáng)抗氧化劑。葉綠素和類胡蘿卜素水平的增加提高了葉片的光捕獲潛力，從而提高了光合作用的速率；花青素屬于酚類物質(zhì)，酚類物質(zhì)是植物產(chǎn)生的重要次生代謝產(chǎn)物，在防御病蟲害方面發(fā)揮著重要作用。本研究中，噴施海藻提取液顯著提高了水培生菜中的花青素、葉綠素和類胡蘿卜素含量，與CK組相比，S-500組分別提高了131.1%、136.6%、130.4%。Selvam等研究表明海藻提取物能顯著使花生植株的葉綠素含量提高。光合色素的增加表明經(jīng)海藻提取液處理后的水培生菜更具有生理活性，并能產(chǎn)生更多的光合同化物。Vasantharaja等研究表明海藻提取物可以顯著提高豇豆的植物化學(xué)成分含量和抗氧化活性，從而提高其營養(yǎng)品質(zhì)。

3.2 結(jié)論

生物刺激素的出現(xiàn)是為了減少農(nóng)藥與化肥的過度使用。海藻提取物是廣泛用于提高農(nóng)業(yè)和園藝作物性能的生物刺激素。本研究結(jié)果表明，葉面噴施海藻提取液對水培生菜的生長及品質(zhì)均有積極影響，其中以噴施稀釋倍數(shù)為500倍的海藻提取液效果最好，水培生菜的鮮重及營養(yǎng)價(jià)值都顯著提高，抗氧化活性提高，緩解非生物脅迫對作物的負(fù)面影響，促進(jìn)作物生長及增大產(chǎn)量。此外，應(yīng)對不同植物種類進(jìn)行更多的研究，以確定海藻提取物的最佳應(yīng)用率；并且關(guān)于海藻提取物如何參與和調(diào)控植物體內(nèi)的生理生化過程，其具體的作用機(jī)制還有待進(jìn)一步研究。