data-src="/wp-content/themes/yootheme/cache/we-are-bio-logo-6dbe9055.png"
data-src="/wp-content/themes/yootheme/cache/we-are-bio-logo-47f703ad.png"


非微生物生物刺激剂调控有机芝麻菜叶片次生代谢与硝酸盐积累

作者: 米歇尔·奇里埃洛¹,卢安娜·伊佐²,阿贝尔·纳瓦雷·多帕佐²,埃玛努埃拉·坎帕纳¹,朱塞佩·拉³,詹多梅尼科·科拉多¹,斯特法尼亚·德·帕斯卡莱¹,优素福·鲁法埃尔¹,克里斯托夫·埃尔-纳赫尔¹

1农业科学系,那不勒斯费德里科二世大学,意大利波蒂奇市,邮编80055
2药学系,那不勒斯费德里科二世大学,意大利那不勒斯市,邮编80131
3农业与森林科学系,图斯基亚大学,意大利维泰博市,邮编01100

食物不再仅仅关乎美食,而是关乎身心健康平衡的自觉选择。科学界对高营养保健价值蔬菜的空前关注,加之消费者对便捷健康餐食的需求,共同推动了芝麻菜(Eruca sativa(L.))和芝麻菜Diplotaxis tenuifolia(DC.))等鲜切蔬菜的经济繁荣。 长期食用这类叶菜类蔬菜,因其富含葡萄糖苷、黄酮类化合物及酚酸等功能性次生代谢物,对人体健康具有积极影响。然而,几乎无人能摄入足量以获得这些益处。为应对这一挑战,可进一步推广绿叶蔬菜的消费,或着力提升产品本身的植物化学物质密度及营养品质。 无论如何,鉴于酚类化合物和硫代葡萄糖苷在植物防御中发挥关键作用,其生物合成可通过非生物和/或生物因子刺激,或间接利用激活植物防御机制的天然产物诱导。尽管天然生物刺激剂对植物健康有益,但多数研究聚焦于增产效益,而未关注其对营养品质的潜在影响。 生物刺激剂具备超越矿物质含量限制的促进植物生长能力,使其成为有机农业不可或缺的工具。在确认其对有机与非有机作物均有显著促进作用的基础上,亟需深入研究其提升营养保健品质的作用机制。

本研究旨在通过超高效液相色谱-质谱联用(UHPLC-Q-Orbitrap HRMS)分析和离子色谱技术,表征有机种植条件下芝麻菜的生产植物化学特性,并鉴定三种不同非微生物生物刺激剂的潜在益处。实验于冬季至春季期间在意大利萨莱诺省的Piana del Sele生产基地进行,总持续时间为36天。 灌溉采用滴灌系统管理,病原体、真菌及昆虫防治则遵循有机农业允许的常规农业措施。实验采用完全随机区组设计,各处理重复四次。具体而言,通过对芝麻菜(Diplotaxis tenuifolia (L.) DC.)植株进行对比,将三种非微生物生物刺激剂与未处理对照组进行评估。 所用生物刺激剂分别为:植物蛋白水解物(以下简称V-PH)、植物提取物(以下简称PE)及海藻提取物(以下简称SWE)。

本实验中测试的生物刺激剂因来源不同,对有机芝麻菜中的硝酸盐含量产生了显著影响。 虽然热带植物提取物(PE)和海藻提取物(SWE)制剂的应用与对照组植物的硝酸盐含量相比未出现显著差异,但基于植物蛋白水解物(V-PH)的生物刺激剂使用后,硝酸盐含量增加了10%。

长凳上的实验田

图x:不同非微生物生物刺激剂对温室栽培野生芝麻菜硝酸盐浓度的影响。不同字母表示显著的均值差异。***:p ≤ 0.001

我们推测,经V-PH处理的芝麻菜植株中硝酸盐积累量更高,可能是其根系系统更发达且效率更高(体现在次生分枝和整体根系生物量方面)的直接结果,这将提升硝酸盐的吸收速率及其向可食用部分的转移效率。

硫代葡萄糖苷含量

图x:不同非微生物生物刺激剂对温室栽培野生芝麻菜总硫代葡萄糖苷含量的影响。不同字母表示均值存在显著差异。*:p ≤ 0.05

对主要生物活性化合物分析的研究证实,特定天然生物制品的使用可能触发了特定防御机制的激活,这部分归因于经PE和V-PH处理的芝麻菜植株中总GLS含量的增加。 该机制可能与生物刺激剂的预处理作用相关,通过上调预处理相关基因及系统获得性抗性(SAR)相关基因,使处理后的植物能更迅速地应对非生物胁迫因子。 除预激效应外,PE和V-PH处理组植物中更高的GLS值可能是氮代谢与碳代谢途径增强的直接结果——这些途径的激活为前述生物活性化合物前体的生物合成提供了更多可用能量。 氧化还原碳代谢过程及氮代谢相关基因表达的潜在提升,可解释其参与酚类化合物生物合成代谢途径的机制,这也印证了VP-H生物刺激剂处理组中酚酸含量显著升高的现象。相反,SWE生物刺激剂的应用则对总黄酮醇含量产生了积极影响。 黄酮醇生物合成的增强可归因于藻类生物刺激剂中关键成分触发的防御相关酶活性显著提升(包括氨裂解酶、过氧化物酶、苯丙氨酸酶、多酚氧化酶、β-1,3-葡聚糖酶及几丁质酶)。

本研究揭示了特定生物刺激剂(植物蛋白水解物、植物提取物及海藻提取物)的叶面施用如何积极影响芝麻菜组织中主要次生代谢物的生物合成。 研究结果清晰揭示了不同来源与配方的产品如何影响各类代谢物的生物合成。具体而言:经酶解处理的蔬菜生物刺激剂叶面喷施后,可显著提升酚酸类与硫代葡萄糖苷的含量;而海藻提取物则能有效促进黄酮类化合物的生成。