海藻提取物對水培生菜生長、品質及抗氧化能力的影響

王海英，鄭志紅,，叢海花，陶傳濤，李振興，王金鳳，雷惠雯，張 杰

(1.中國水產科學研究院 黃海水產研究所/青島海洋科學與技術試點國家實驗室海洋藥物與生物制品功能實驗室，山東 青島 266071；2.大連海洋大學 食品科學與工程學院，遼寧 大連 116023；3.廊坊垠良農業開發有限公司，河北 永清 065600；4.永清縣農業農村局，河北 永清 065600；5.河北省農業農村廳，河北 石家莊 050011)

TS254.4

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

近年來，一類叫做生物刺激素的農資產品在國內外大熱，它區別于農藥和傳統肥料，無關營養成分，以微量高效著稱，直接作用于農作物本身，改善作物的生理生化狀態，提高肥料利用率和農藥效果，提高農作物抵抗逆境的水平，進而改善農作物的最終產量和農產品品質，生物刺激素作為新型肥料在我國減肥增效行動實施中發揮了重要的作用。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，這些化合物以連鎖和組合形式發揮作用，對植物的生長產生積極影響，如增加植物內部的生物過程，促進植物生長，并且可以豐富作物的品質特征，還可以提高植物的抗逆性，改善從土壤中獲取養分的途徑，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%，預計在2022年將達到8.94億歐元。

海藻提取物一般通過物理法、化學法和生物法來降解海藻獲得。物理法操作簡單，運用機械力將海藻內的物質釋放出來，從而獲得海藻提取物，但物理法提取成本較高?；瘜W法成本低，可以大規模生產，是目前廣泛應用的生產技術，但化學試劑對海藻中的活性物質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降解成更加容易被植物吸收的小分子物質，生物法可以最大限度地將海藻中的活性物質提取出來，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的報道。

關于海藻肥促進作物生長、提高產品品質的報道已有不少，如Wang等施用不同濃度的海藻肥(購于青島明月海藻集團)促進蘋果幼苗的生長，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素，對黃花蒿的養分含量、產量、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液添加海藻肥(廣州申晶雅農業科技有限公司生產)作為營養液進行水培實驗，研究表明生菜的產量及品質得到提高。但大多數試驗均以添加其他營養成分的海藻肥成品進行，而不是原始的海藻提取液。為探討無外源營養成分添加的純海藻提取液對作物生長的促進作用，本試驗采用不同稀釋倍數的酶解海藻提取液對水培生菜進行葉面噴施處理，探究海藻提取液對水培生菜的生長、品質及抗逆性相關抗氧化酶活性的影響，以期為海藻提取物在作物生長應用方面提供數據支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2021年10月23至11月27日在河北廊坊垠良農業開發有限公司完成。供試作物為水培生菜，海藻酶解提取液由中國水產科學研究院黃海水產研究所提供，其干物質含量約8.5%左右，海藻酸含量約2.5%左右。

1.2 試驗設計

設4個處理組(育苗26 d或生菜苗長到五葉一心時移栽)，均生態環境條件良好、肥水與病蟲防治等田間管理一致。每個處理組地塊面積2 m左右。4個處理組分為試驗組和對照組，試驗組分別用稀釋300倍、500倍、800倍的海藻提取液進行葉噴，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。試驗期間只施用NPK基礎肥料及微量元素肥料(嚴禁施用其他氨基酸、微生物等天然生物刺激素類肥料)。

1.3 指標測定

1.3.1 生長指標 試驗結束后，每個處理組隨機選取3株測定生長指標。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；葉片數目在植株上數；根冠比為生菜地下部分與地上部分干重的比值。

1.3.2 生理品質指標 采用蒽酮法測定植物可溶性總糖含量，考馬斯亮藍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 數據處理和分析

試驗數據處理采用Excel軟件進行一般計算和作圖，SPSS軟件進行試驗數據的統計分析，LSD法(<0.05)進行差異顯著性檢驗。

2 結果與分析

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、莖粗及葉片數目均隨著海藻提取液稀釋倍數的增加呈先增大后減小的趨勢，且試驗組株高與莖粗均高于對照(CK)組(>0.05)，S-500試驗組的葉片數目顯著高于CK組(<0.05)；最大根長隨著海藻提取液稀釋倍數的增加而增大(>0.05)。表明海藻提取液具有促進生菜生長的作用，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無顯著差異，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量增加，且根系發達，其中S-500組的處理效果較好。

表2 不同稀釋倍數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的影響

由表3可知，隨著海藻提取液稀釋倍數的增加，水培生菜的可溶性糖含量和Vc含量均呈現下降趨勢，試驗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的增加呈現先升高后降低的趨勢，試驗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，經過海藻提取液處理后呈現明顯的下降趨勢，且稀釋倍數越高，硝酸鹽含量越低；表明海藻提取液能夠使水培生菜的品質顯著提高，當海藻提取液稀釋倍數為500倍時達到最佳效果。

表3 不同稀釋倍數的海藻提取液對水培生菜品質的影響

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酶的酶活性都呈現先升高后降低的趨勢。其中，各試驗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，且稀釋倍數為500倍時效果最佳。

圖中標有不同字母者表示組間有顯著性差異(P<0.05)，標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的增大呈先上升后下降趨勢，并且試驗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的增加呈現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 結論與討論

3.1 討論

本研究使用不同稀釋倍數的酶解海藻提取液對水培生菜進行葉面噴施處理，試驗結果表明，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目(表1)和鮮重、干重及根冠比(表2)。這種現象可以歸因于海藻提取物中含有多種生物活性物質，能夠在植物中誘導一系列積極的生理反應，從而促進作物生長，提高作物產量。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被鑒定為植物的促生長劑，這些物質通過刺激細胞分裂和伸長，進一步在促進生長方面發揮著主要作用。因此，它們可以用于農業實踐中促進作物生長和提高作物產量。

在蔬菜中，可溶性糖、可溶性蛋白和Vc含量越高，其品質及營養價值就越高。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?？扇苄蕴悄軌驗樽魑锏纳顒犹峁┠芰?，促進生長發育；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、酶因子和生長調節因子。它在不同的過程中發揮重要作用，包括光合作用和光保護、細胞壁發育和細胞生長，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，這可能是因為海藻提取物通過上調硝酸鹽轉運蛋白基因的表達刺激了氮感應，提高了氮同化從而降低了硝酸鹽含量。

干旱、極端溫度和營養缺乏是導致非生物脅迫的主要因素，從而對作物生產力產生負面影響。非生物脅迫會導致氧化應激，產生過量的活性氧(ROS)，激發抗氧化防御機制。已知ROS能損害DNA、蛋白質和脂質等生物分子。為了減輕這種有害影響，植物采取了幾種自然防御機制。更準確地說，ROS的清除要歸功于酶促和非酶促抗氧化劑系統，如超氧化物歧化酶(SOD)、抗壞血酸過氧化物酶(APX)、愈創木酚過氧化物酶(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制提高，防止細胞氧化損傷。因此，海藻提取液可以作為生物抗逆產品在干旱洪澇等非生物脅迫情況下使用，穩定和提高作物產量。

葉綠素、類胡蘿卜素和花青素是植物色素和強抗氧化劑。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，酚類物質是植物產生的重要次生代謝產物，在防御病蟲害方面發揮著重要作用。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海藻提取液處理后的水培生菜更具有生理活性，并能產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成分含量和抗氧化活性，從而提高其營養品質。

3.2 結論

生物刺激素的出現是為了減少農藥與化肥的過度使用。海藻提取物是廣泛用于提高農業和園藝作物性能的生物刺激素。本研究結果表明，葉面噴施海藻提取液對水培生菜的生長及品質均有積極影響，其中以噴施稀釋倍數為500倍的海藻提取液效果最好，水培生菜的鮮重及營養價值都顯著提高，抗氧化活性提高，緩解非生物脅迫對作物的負面影響，促進作物生長及增大產量。此外，應對不同植物種類進行更多的研究，以確定海藻提取物的最佳應用率；并且關于海藻提取物如何參與和調控植物體內的生理生化過程，其具體的作用機制還有待進一步研究。