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铜与蛋白水解物的结合能否加强生物刺激作用?

作者PetroniaCarillo1、Giovanna MartaFusco1、YoussefRouphael2、GiuseppeColla3

1Departmentof Environmental, Biological and Pharmaceutical Sciences and Technologies, University of Campania "Luigi Vanvitelli", Via Vivaldi 43, 81100 Caserta, Italy 那不勒斯费德里科二世大学农业科学系,意大利波尔蒂奇,80055 3意大利图西亚大学农业与森林科学系,01100 维泰博

苏

确保养分的均衡供应,促进植物的最佳健康和可持续生产,是现代农业的一个基本方面。虽然微量营养元素的需要量比大量营养元素少,但它们在植物的各种代谢和生理过程中发挥着至关重要的作用。铜(Cu)是植物生长和发育所必需的微量营养元素,它包含在超氧化物歧化酶(Cu/Zn-SOD)等几种酶中,这些酶通过中和有害的活性氧来帮助植物应对氧化胁迫。铜还能增强植物应对环境压力造成的氧化损伤的能力,从而提高植物的抗压能力。人们已经认识到,植物蛋白水解物通过刺激植物的初级和次级新陈代谢,具有很强的生物刺激作用。此外,蛋白质水解物还能增加植物对养分的吸收以及养分在植物组织中的运输。基于上述考虑,我们进行了一项温室试验,以评估植物源蛋白水解物和铜对促进罗勒(Ocimum basilicum L.)生长和生化性状的交互作用。

处理方法包括植物源蛋白水解物(VPH)、游离铜(来自硫酸铜)、铜与植物源肽复合物(Cu-VPH)以及 VPH 和 Cu-VPH 组合(VPH+Cu-VPH)。叶面处理从移栽后七天开始,包括五种不同的处理方法:1)铜(58.5 毫克/升);2)VPH Trainer®(Hello Nature,意大利 Rivoli Veronese)(4 毫升/升);3)Cu-VPH Scudo®(Hello Nature,意大利 Rivoli Veronese)(0.5 毫升/升);4)VPH(3.7 毫升/升)+Cu-VPH(0.5 毫升/升)。除 VPH 处理外,所有处理的叶面喷施溶液中的铜浓度均为 45 毫克/升。未处理的对照组作为对比组。每周重复叶面喷施。研究结果见图 1。研究结果表明,次生代谢产物,特别是生物碱、萜类化合物和苯丙类化合物在铜处理后有显著积累。事实上,这些代谢物的较高含量是防止氧化胁迫引起的损害的一种保护机制,表明了植物对不利环境条件的反应。相比之下,Cu-VPH 处理的这些胁迫相关化合物含量较低,表明植物表型更健康,ROS 含量和氧化损伤减少。不过,与对照组相比,Cu 和 Cu-VPH 处理都会导致植物组织中的 Cu 含量升高。Cu-VPH 处理方案虽然仍会引起蒸腾速率的显著变化和水分利用效率(WUEi)的降低,但却保持了较高的叶片养分水平(钙、锰、铁)、光合作用和新鲜产量,显示了养分吸收和节水策略之间的权衡。VPH 处理增强了电子传递链(ETC)的活性,从而提高了光合作用的效率,最终导致产量增加。此外,它还能促进钙(Ca)、锰(Mn)和铁(Fe)等必需矿物质的吸收,进一步支持植物的生长和健康。与其他方法相比,VPH+Cu-VPH 处理方案显著提高了形态生理和生化特性。事实上,这种处理方法大大提高了植物的羧化活性(ACO2)和光系统 II 的最大潜在量子效率(Fv/Fm),表明铜的利用得到了优化。有趣的是,联合处理还提高了其他必需离子的含量,如对叶绿素形成和光合作用至关重要的镁、锰、钙和铁。养分利用效率的提高提高了新鲜罗勒的产量,凸显了 VPH+Cu-VPH 处理方法的有效性。VPH+Cu-VPH 组合还显著增加了色氨酸含量,同时抑制了茎的伸长,促进了植株的紧凑。这些形态上的变化有助于全面提高产量,表明 VPH 和 Cu-VPH 处理对罗勒的生长发育具有协同效应。这项研究强调了将铜与 VPH 等生物刺激剂结合使用以提高作物产量和养分利用效率的潜力。通过提高铜的生物利用率和减轻氧化应激,这些组合处理为提高作物产量提供了一种可持续的方法,同时最大限度地减少了对环境的影响。这项研究强调了创新技术在促进农业可持续发展和应对现代农业实践挑战方面的重要性。

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图 1.硫酸铜(Cu)、植物源蛋白水解物(VPH)、多肽络合铜(Cu-VPH)和富含蛋白水解物的 Cu-VPH (VPH+Cu-VPH)叶面处理对未处理对照(对照)的益处。缩写:羧化活性(ACO2)、电子传递链(ETC)、光系统 II 的最大潜在量子效率(Fv/Fm)。
参考文献(点击)。

有关罗勒小径的更多信息,请参阅以下科学文章:

Rouphael Y, Carillo P, Ciriello M, Formisano L, El-Nakhel C, Ganugi P, Fiorini A, Miras Moreno B, Zhang L, Cardarelli M, Lucini L, Colla G (2023)。铜能增强罗勒中植物来源蛋白质水解物的生物刺激活性:形态生理学和代谢组学的见解。植物科学前沿。14:1235686. doi: 10.3389/fpls.2023.1235686