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使用生物刺激剂来提高水果作物的性能

By:CarloAndreotti1和Boris Basile2
1
意大利博岑-博尔扎诺自由大学科技学院。电子邮件:carlo.andreotti@unibz.it
2意大利那不勒斯费德里科二世大学农业科学系。电子邮件:boris.basile@unina.it

 

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水果行业正在积极寻找新技术,以提高生产系统的可持续性,并改善新鲜产品的最终质量。生物刺激剂是生物技术创新,可以在更多的循环经济的角度将不同的生物产业连接起来。市场上已经有微生物和非微生物生物刺激剂供水果种植者使用,尽管目前关于这些物质与果树的无性和生殖生理学之间的相互作用的知识在很大程度上还不完整。关于生物刺激剂在不同生长条件下对果树的功效和适用性,科学文献往往是不一致的。这可能是由于植物生理学的构成方面与果树的多年生性质严格相关,如储存在储存器官中的代谢储备水平及其与每年变化的气候条件的互动。

根据目前用于生物刺激物定义的功能要求的分类[在一些地区],下面我们提供一些关于它们在水果行业使用的一般指示。

使用生物刺激剂来提高果树作物对非生物胁迫的耐受性。

在缺水的情况下,柑橘和葡萄树在接种树根菌根真菌(AMF)后,实现了对水压力的耐受。耐受性的提高通常是由于接种后根系对水的吸收增加,再加上较高浓度的渗透压(脯氨酸、甘氨甜菜碱、糖类),在细胞层面起到保护作用。

据报道,菌根化还可以对比苹果、柑橘、葡萄和草莓的盐度的负面后果。必须仔细考虑的是,大多数关于AMF的研究是在受控条件下进行的(温室中的盆栽和/或体外培养),因此留下了许多与这些微生物对在露地条件下生长的树木的功效有关的未解答的问题。

其他微生物生物刺激剂(即植物生长促进菌,PGPB)的冠层应用增加了葡萄树的耐寒性。PGPB的作用方式包括在植物组织中积累更多的与寒冷压力有关的代谢物(淀粉、脯氨酸和酚类物质),并结合几种抗氧化剂化合物提供的增强的清除活性。高温造成的损害往往发生在苹果和其他物种的果皮组织层面,导致晒伤坏死。通过叶面施用从棕榈树叶中获得的天然产品,发现坏死的发生率和严重程度都有所下降,该产品对水果有过滤紫外线的作用,但既不会对叶子造成植物毒性,也不会改变叶子的气体交换。

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使用生物刺激剂来提高果树作物的养分利用效率。

微生物(AMF和PGPB)和非微生物生物刺激剂(腐殖酸、蛋白质水解物、海藻提取物)可以通过几种协同作用方式来对比养分限制。据报道,AMF和PGPB增加了根系的生长能力,并扩大了土壤体积,而腐植酸和富维酸则部分改变了土壤的物理化学性质(如pH值、阳离子交换能力),增加了特定矿物养分的可用性,同时减少了其他养分的浸出损失。

在许多果树作物中,包括苹果和柑橘类,已经描述了AMF接种后营养吸收的增强。然而,就这一主题而言,目前显然缺乏关于AMF在标准果园开放条件下的功效的实验证据。在葡萄和一些核果品种中,应用选定的生物刺激剂有助于对比因缺乏选定的宏观和微观营养素而导致的植物生长不良。在用海藻提取物处理的葡萄树中,镁的缺乏有所减少,这可能对减少茎干坏死的发生率很有用。据报道,在樱桃树中,在土壤中施用腐殖酸和富维酸可以明显增加锌和铁的吸收,这可能有助于减少钙质土壤中叶子氯中毒的发生。在草莓植物中,在树冠上施用海藻成功地对比了叶子的缺铁情况,提供的结果与使用有害环境的铁螯合物(如 sequestrene)获得的结果没有明显区别。

使用生物刺激剂来促进果树作物的产量和质量。

当考虑到果树时,生物刺激剂对作物产量的积极影响的科学证据还没有得到统一的实现。与其他一年生作物(蔬菜、谷物)不同,多年生植物受生长、种植和代谢储备积累的 "结转 "效应的影响很大,从一个季节到下一个季节。在这一框架内,果树作物产量的提高在经历生物或非生物压力(干旱、营养限制、病原体)或经历交替结果的树木(如橄榄树和苹果树)上取得更明显的改善是不奇怪的。

选定的生物刺激剂对最终水果质量的影响要明显得多。在几种树木作物中,施用生物刺激剂产品后,水果的最终表皮颜色(由于花青素积累较多)和整体营养价值(由于酚类和其他抗氧化化合物的浓度较高)都得到了改善。海藻和蛋白质水解物提高了在露地条件下栽培的苹果和葡萄浆果的红色,与季节性天气条件和栽培区无关。蛋白质水解物似乎也能有效地增加葡萄汁中的最终酵母可用氮,对发酵过程有积极的影响。腐殖酸的应用提高了果实质量(糖含量、花青素浓度和果实大小),而海藻的应用减少了由于收获前的降雨导致的樱桃开裂的发生。最后,选定的生物刺激剂显示了一些潜在的有趣特性,可用于管理水果的储存期。例如,在用硅和锌基生物刺激剂处理的苹果中发现,酚类物质和其他抗氧化化合物的浓度增加,这被认为是苹果果实在储存期结束时收获后病症发生率降低的原因。

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总而言之,与一年生作物(蔬菜、谷物、大豆等)相比,在水果生产行业中使用生物刺激剂产品的研究仍然有限,而且到目前为止获得的结果在功效和可重复性方面并不总是一致。然而,选定的生物刺激剂产品显示了一些有趣的效果,特别是在次优生长条件下(如养分和水分限制)增强了无性和生殖生长性能,并提高了产品的商业质量(如水果的营养和美观特性)。未来的研究应该:i)进一步研究生物刺激剂的活性分子在果树代谢中的作用方式;ii)关注施用方法的优化(剂量、时间等);iii)更好地分析气候/季节性天气条件对果园和葡萄园中生物刺激剂性能的影响;iv)提供成本效益分析,以便在水果行业中持续实施生物刺激剂的使用。

请您在此申请查阅本专题所依据的整个研究文章。

Basile, B., Rouphael, Y., Colla, G., Soppelsa, S. and Andreotti, C., 2020.评估果树、葡萄和浆果作物的新兴作物管理机会,促进生物刺激剂的应用。Scientia Horticulturae, 267, p.109330.https://doi.org/10.1016/j.scienta.2020.109330