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生物刺激剂之间的协同作用以及对作物生产力和质量的影响

作者:Maria GiordanoMaria Giordano
Department of Agricultural Sciences, University of Naples Federico II, 80055 Portici, Italy
*Correspondence:maria.giordano@unina.it

水耕栽培

植物生物刺激剂是一些物质和微生物,如腐殖酸、蛋白质水解物、藻类提取物、菌根真菌和促进植物生长的根瘤菌(Azospirillum, Azotobacter, Rhizobium spp.)迄今为止,所进行的大多数生物刺激剂的实验都是为了了解单一生物刺激剂对植物的有效性和/或每种生物刺激剂的不同剂量的效果。这些实验强调了生物刺激剂在刺激养分吸收、增加非生物胁迫的耐受性、以及作物在产量和质量方面的表现方面的作用。代谢组学、基因组学、转录组学和表型技术对确定这些反应背后的生理机制有很大贡献。了解不同类别的生物刺激剂之间可以建立的相互作用将是一个重要的里程碑。这些知识将允许开发新的生物刺激剂配方,这些配方将代表第二代生物刺激剂(或生物刺激剂2.0),能够对不同的农艺需求作出有效和具体的反应。这也将允许减少化学肥料的使用,并使农业更加可持续。

两种或更多的生物刺激剂一起使用,可以产生相加、协同或拮抗的相互作用。在拮抗作用中,决定性的效果比单独使用生物刺激剂时发生的效果要小。在相加作用中,每一种生物刺激剂都保持与单独使用时相同的作用,因此每一种生物刺激剂都为混合物的整体效果增加自己的作用。在协同作用中,混合物的整体效果大于每种生物刺激剂单独使用的效果之和。

Rouphael和Colla在2018年总结了微生物和非微生物生物刺激剂对一些作物生长和生产的协同或相加效应。

例如,与未经处理的植物相比,由海藻提取物(SWE)和腐殖酸(HA)组成的生物刺激剂增加了花生植物的高度和分枝(如果使用HA,分别增加34.5%和33%,如果使用SWE,分别增加17.2%和60.0%)。然而,两种生物刺激剂的组合不仅在更大程度上增加了这两个参数,而且还增加了每种生物刺激剂的效果之和。这两个参数分别增加了65.0%和100%,显示了两种生物刺激剂的协同作用。

在另一项研究中,与未经处理的植物相比,如果在移栽幼苗一天后添加腐植酸(HA),洋葱根部的干重和类胡萝卜素含量分别增加了43.9%和12.1%。在根茎层中应用液体菌根接种物(Rhizophagus intraradices),这两个参数分别增加了29.6%和57.1%。当两种生物刺激剂(HA和菌根接种物)结合使用时,显示出协同效应,因为与未处理的植物相比,根部的干重和类胡萝卜素含量的增加分别为106.7%和123.6%。将菌根真菌(Rhizophagus intraradices)和HA喷洒在多年生黑麦草基质上,与单独使用每种生物刺激剂时相比,根部生物量和叶绿素含量的增加更大。

据报道,当把菠萝幼苗的根部在蛭石衍生的HA悬浮液中浸泡24小时,然后每隔14天在植物的基部叶腋施用HA,并在种植前把根部在植物生长促进菌细胞悬浮液中浸泡30分钟时,会产生协同效应。当单独使用两种生物刺激剂时,植物增加了嫩枝干重和叶面积,当它们结合使用时,它们的增加量超过了单一效果的总和。

内生真菌联合体(R. irregulare BEG72和Trichoderma atroviride MUCL45632)与植物来源的PH值相结合的协同作用也得到了证明。这种组合通过增加叶绿素的生物合成,提高PSII的活性和莴苣作物对营养物质的吸收来提高作物的生产力。

考虑到上述工作的结果,农民可能会发现结合不同类型的生物刺激剂是很方便的。Giordano和合作者(2020年)评估了两种不同的植物性生物刺激剂的效果:豆科植物衍生的蛋白质水解物(PH)和热带植物提取物(PE)。这些都是由不同比例的游离氨基酸、肽、碳水化合物和矿物营养物质组成。热带植物提取物还含有维生素和植物激素。此外,一方面,PH被发现可以增加几种园艺作物的光合作用和氮素代谢,另一方面,PE具有类似激素的活性,增加了植物对不同环境压力的耐受性。PH和PE结合使用,对生长在温室中的多年生壁虎(Diplotaxis tenuifolia (L.) D.C.)的生长和营养质量进行了处理。生物刺激剂处理每周以叶面喷洒的方式进行,在叶片达到6厘米长时开始,以促进生物刺激剂的吸收。PH+PE的施用剂量分别为每升2.0+0.5毫升(图1)。

图1

图1.

与对照组相比,联合处理中火箭叶片中的抗坏血酸总量明显增加(图2)。

图2

图2.

推测优质壁虎性状(总抗坏血酸含量高)背后的机制,可能是由于参与细胞内抗氧化平衡的关键酶的活性刺激(直接作用方式)。抗坏血酸含量的增加与莴苣植物中L-半乳糖-1,4-内酯脱氢酶(L-GalLDH)的过度表达有关。这种酶的N端目标序列富含Ala、Leu、Arg和Ser,其次是Asp、Glu、Ile和Val。在本研究中,两种生物刺激剂的组合可能增加了氨基酸的数量,这导致了L-GalDH的过度表达。
PH和PE的组合可能代表了增加多年生壁虎的营养价值的一个有前途的工具。

参考文献(点击)。

Giordano, M., El-Nakhel, C., Caruso, G., Cozzolino, E., De Pascale, S., Kyriacou, M.C., Colla, G., Rouphael, Y. 植物基生物刺激剂对多年生壁虎产量和叶质的独立和组合影响。Doi:10.3390/plants9070922.

Rouphael, Y., Colla G. Synergistic biostimulatory action: Design the next generation of plant biostimulants for sustainable agriculture.Frontiers in Plant Science 2018, 9, 1655. doi:10.3389/fpls.2018.01655