王海英，郑志红,，丛海花，陶传涛，李振兴，王金凤，雷惠雯，张 杰

(1.中国水产科学研究院 黄海水产研究所/青岛海洋科学与技术试点国家实验室海洋药物与生物制品功能实验室，山东 青岛 266071；2.大连海洋大学 食品科学与工程学院，辽宁 大连 116023；3.廊坊垠良农业开发有限公司，河北 永清 065600；4.永清县农业农村局，河北 永清 065600；5.河北省农业农村厅，河北 石家庄 050011)

TS254.4

我国是农业大国，在农产品种植过程中，使用化肥和农药可有效促进农作物生长并降低各种生物及非生物胁迫的负面影响。然而，过度使用化肥和农药会对环境造成有害影响，例如：地下水污染、土壤酸化等，并且全球每年有100万人死于农药中毒引起的慢性疾病。依赖化肥和农药提高农产品的产量将会对环境和人类健康持续产生严重影响，因此人们开始寻找更环保和安全的方法去提高农作物产量和品质。

近年来，一类叫做生物刺激素的农资产品在国内外大热，它区别于农药和传统肥料，无关营养成分，以微量高效著称，直接作用于农作物本身，改善作物的生理生化状态，提高肥料利用率和农药效果，提高农作物抵抗逆境的水平，进而改善农作物的最终产量和农产品品质，生物刺激素作为新型肥料在我国减肥增效行动实施中发挥了重要的作用。常见的天然生物刺激素有腐殖酸、黄腐酸、海藻提取物、有益微生物、蛋白质水解物和氨基酸，海藻提取物是生物刺激素中重要的一种。

海藻提取物富含微量和常量元素、多糖、植物激素、不饱和脂肪酸和渗透性物质，这些化合物以连锁和组合形式发挥作用，对植物的生长产生积极影响，如增加植物内部的生物过程，促进植物生长，并且可以丰富作物的品质特征，还可以提高植物的抗逆性，改善从土壤中获取养分的途径，并且提高抗氧化性能。海藻提取物已被广泛使用，约占全球生物刺激素市场的33%，预计在2022年将达到8.94亿欧元。

海藻提取物一般通过物理法、化学法和生物法来降解海藻获得。物理法操作简单，运用机械力将海藻内的物质释放出来，从而获得海藻提取物，但物理法提取成本较高。化学法成本低，可以大规模生产，是目前广泛应用的生产技术，但化学试剂对海藻中的活性物质破坏较大且提取率不高。生物法是利用酶解法将海藻中的大分子物质降解成更加容易被植物吸收的小分子物质，生物法可以最大限度地将海藻中的活性物质提取出来，是理想的得到海藻提取物的方法，这在本课题组之前的工作中也有相关的报道。

关于海藻肥促进作物生长、提高产品品质的报道已有不少，如Wang等施用不同浓度的海藻肥(购于青岛明月海藻集团)促进苹果幼苗的生长，提高了幼苗的光合速率、叶绿素含量及抗氧化酶活性，并且处理后的幼苗没有表现出苹果再植病的症状；Ghatas等研究表明，叶面喷施海藻提取液和微量营养素，对黄花蒿的养分含量、产量、叶绿素和碳水化合物含量均有显著影响；何锐等通过不同浓度营养液添加海藻肥(广州申晶雅农业科技有限公司生产)作为营养液进行水培实验，研究表明生菜的产量及品质得到提高。但大多数试验均以添加其他营养成分的海藻肥成品进行，而不是原始的海藻提取液。为探讨无外源营养成分添加的纯海藻提取液对作物生长的促进作用，本试验采用不同稀释倍数的酶解海藻提取液对水培生菜进行叶面喷施处理，探究海藻提取液对水培生菜的生长、品质及抗逆性相关抗氧化酶活性的影响，以期为海藻提取物在作物生长应用方面提供数据支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2021年10月23至11月27日在河北廊坊垠良农业开发有限公司完成。供试作物为水培生菜，海藻酶解提取液由中国水产科学研究院黄海水产研究所提供，其干物质含量约8.5%左右，海藻酸含量约2.5%左右。

1.2 试验设计

设4个处理组(育苗26 d或生菜苗长到五叶一心时移栽)，均生态环境条件良好、肥水与病虫防治等田间管理一致。每个处理组地块面积2 m左右。4个处理组分为试验组和对照组，试验组分别用稀释300倍、500倍、800倍的海藻提取液进行叶喷，7 d叶喷一次共喷4次(叶喷以湿润叶面即可，不要滴落融入水培液中)，分别用S-300、S-500、S-800表示；以清水喷施作为对照，用CK表示。试验期间只施用NPK基础肥料及微量元素肥料(严禁施用其他氨基酸、微生物等天然生物刺激素类肥料)。

1.3 指标测定

1.3.1 生长指标 试验结束后，每个处理组随机选取3株测定生长指标。采用直尺测量法测定株高、茎粗及最大根长；用称重法测量地上部干鲜重；叶片数目在植株上数；根冠比为生菜地下部分与地上部分干重的比值。

1.3.2 生理品质指标 采用蒽酮法测定植物可溶性总糖含量，考马斯亮蓝比色法测定植物可溶性蛋白含量，比色法测定叶绿素含量和类胡萝卜素含量，紫外分光光度法测定花青素及硝酸盐含量；2,6-二氯靛酚滴定法测定植物维生素C含量；采用试剂盒测定过氧化氢酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)活性。

1.4 数据处理和分析

试验数据处理采用Excel软件进行一般计算和作图，SPSS软件进行试验数据的统计分析，LSD法(<0.05)进行差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 海藻提取液对水培生菜生长的影响

由表1可知，水培生菜的株高、茎粗及叶片数目均随着海藻提取液稀释倍数的增加呈先增大后减小的趋势，且试验组株高与茎粗均高于对照(CK)组(>0.05)，S-500试验组的叶片数目显著高于CK组(<0.05)；最大根长随着海藻提取液稀释倍数的增加而增大(>0.05)。表明海藻提取液具有促进生菜生长的作用，稀释500倍的海藻提取液有较明显的作用。

表1 不同稀释倍数的海藻提取液对水培生菜生长的影响

2.2 海藻提取液对水培生菜鲜重及干重的影响

由表2可知，随着海藻提取液稀释倍数的增加，水培生菜的鲜重、干重及根冠比都呈先增加后降低的趋势，且均高于对照组。与对照组相比，S-300组的鲜重及地上部干重无显著差异，根系干重与根冠比显著增大(<0.05)；S-500组水培生菜的鲜重、干重及根冠比分别显著比CK组高24.1%、20.0%、17.8%、37.9%和17.2%；S-800组的鲜重、干重与根冠比与CK组均无显著性差异。表明叶面喷施海藻提取液可以使水培生菜的产量增加，且根系发达，其中S-500组的处理效果较好。

表2 不同稀释倍数的海藻提取液对水培生菜鲜重及干重的影响

2.3 海藻提取液对生菜品质的影响

由表3可知，随着海藻提取液稀释倍数的增加，水培生菜的可溶性糖含量和Vc含量均呈现下降趋势，试验组的可溶性糖含量和Vc含量均显著高于CK组(<0.05)，其中，S-300组与S-500组的可溶性糖含量分别比CK组高39.5%和37.2%，S-300组与S-500组的Vc含量分别比CK组高了75.8%、75.2%；可溶性蛋白含量随着海藻提取液稀释倍数的增加呈现先升高后降低的趋势，试验组的可溶性蛋白含量显著高于CK组(<0.05)，其中，S-500组的可溶性蛋白含量比CK组高了27.3%；硝酸盐含量在CK组最高，经过海藻提取液处理后呈现明显的下降趋势，且稀释倍数越高，硝酸盐含量越低；表明海藻提取液能够使水培生菜的品质显著提高，当海藻提取液稀释倍数为500倍时达到最佳效果。

表3 不同稀释倍数的海藻提取液对水培生菜品质的影响

2.4 海藻提取液对生菜抗氧化酶活性的影响

由图1可知，随着海藻提取液稀释倍数的升高，水培生菜的过氧化氢酶、过氧化物酶、超氧化物歧化酶三个酶的酶活性都呈现先升高后降低的趋势。其中，各试验组过氧化氢酶及超氧化物歧化酶的酶活性均显著高于对照组(<0.05)；S-500组的CAT、POD、SOD的酶活性均显著高于CK组(<0.05)，比CK组分别高了29.3%、20.8%和91.8%。表明：用合适浓度的海藻提取液对水培生菜进行叶喷，可以提高水培生菜的过氧化氢酶、过氧化物酶、超氧化物歧化酶的酶活性，且稀释倍数为500倍时效果最佳。

图中标有不同字母者表示组间有显著性差异(P<0.05)，标有相同字母者表示组间无显著性差异(P>0.05)，下同。

2.5 海藻提取液对生菜叶绿素、类胡萝卜素和花青素含量的影响

根据图2可知，对照组中水培生菜的叶绿素、类胡萝卜素和花青素含量较低。经海藻提取液叶喷后，水培生菜叶绿素含量随着海藻提取液稀释倍数的增大呈先上升后下降趋势，并且试验组的叶绿素含量均显著高于对照组(<0.05)，S-500组和S-800组的叶绿素含量高于CK组136.6%和127.7%；随着海藻提取液稀释倍数的增大，类胡萝卜素含量呈下降趋势，其中S-300组和S-500组的类胡萝卜素含量显著高于CK组，比CK组高183.4%和130.4%(<0.05)；花青素含量随着海藻提取液稀释倍数的增加呈现先升高后降低的趋势，且显著高于CK组，其中S-500组花青素含量比CK组高131.1%。表明：海藻提取液可以提高水培生菜中的叶绿素、类胡萝卜素和花青素含量，综合来看，S-500组的处理效果最佳。

图2 不同稀释倍数的海藻提取液对水培生菜叶绿素、类胡萝卜素和花青素含量的影响

3 结论与讨论

3.1 讨论

本研究使用不同稀释倍数的酶解海藻提取液对水培生菜进行叶面喷施处理，试验结果表明，与清水对照组相比，喷施海藻提取液提高了水培生菜的株高、茎粗和最大根长(表1)，并且显著提高了水培生菜的叶片数目(表1)和鲜重、干重及根冠比(表2)。这种现象可以归因于海藻提取物中含有多种生物活性物质，能够在植物中诱导一系列积极的生理反应，从而促进作物生长，提高作物产量。海藻提取物含有的寡糖、氨基酸、维生素和激素及类激素活性的物质被鉴定为植物的促生长剂，这些物质通过刺激细胞分裂和伸长，进一步在促进生长方面发挥着主要作用。因此，它们可以用于农业实践中促进作物生长和提高作物产量。

在蔬菜中，可溶性糖、可溶性蛋白和Vc含量越高，其品质及营养价值就越高。本研究叶面喷施海藻提取物后，水培生菜中的可溶性糖、可溶性蛋白和Vc含量显著升高。可溶性糖能够为作物的生命活动提供能量，促进生长发育；可溶性蛋白含量的提高，可以提高作物的代谢能力；Vc含量较CK组提升70%左右，Vc可作为抗氧化剂、酶因子和生长调节因子。它在不同的过程中发挥重要作用，包括光合作用和光保护、细胞壁发育和细胞生长，并通过合成乙烯、赤霉素、花青素和羟脯氨酸来抵抗环境胁迫，从而加快生菜生长；硝酸盐含量大幅下降，这可能是因为海藻提取物通过上调硝酸盐转运蛋白基因的表达刺激了氮感应，提高了氮同化从而降低了硝酸盐含量。

干旱、极端温度和营养缺乏是导致非生物胁迫的主要因素，从而对作物生产力产生负面影响。非生物胁迫会导致氧化应激，产生过量的活性氧(ROS)，激发抗氧化防御机制。已知ROS能损害DNA、蛋白质和脂质等生物分子。为了减轻这种有害影响，植物采取了几种自然防御机制。更准确地说，ROS的清除要归功于酶促和非酶促抗氧化剂系统，如超氧化物歧化酶(SOD)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)、愈创木酚过氧化物酶(GPX)、脱氢抗坏血酸还原酶(DHAR)、谷胱甘肽还原酶(GR)、过氧化氢酶(CAT)、单氢抗坏血酸还原酶(MDHAR)、抗坏血酸(AsA)、酚类化合物、谷胱甘肽、生育酚等。本研究中，喷施稀释倍数为500倍的海藻提取液后，三种抗氧化酶活性显著提高，酶活性的增加表明水培生菜中的抗氧化机制提高，防止细胞氧化损伤。因此，海藻提取液可以作为生物抗逆产品在干旱洪涝等非生物胁迫情况下使用，稳定和提高作物产量。

叶绿素、类胡萝卜素和花青素是植物色素和强抗氧化剂。叶绿素和类胡萝卜素水平的增加提高了叶片的光捕获潜力，从而提高了光合作用的速率；花青素属于酚类物质，酚类物质是植物产生的重要次生代谢产物，在防御病虫害方面发挥着重要作用。本研究中，喷施海藻提取液显著提高了水培生菜中的花青素、叶绿素和类胡萝卜素含量，与CK组相比，S-500组分别提高了131.1%、136.6%、130.4%。Selvam等研究表明海藻提取物能显著使花生植株的叶绿素含量提高。光合色素的增加表明经海藻提取液处理后的水培生菜更具有生理活性，并能产生更多的光合同化物。Vasantharaja等研究表明海藻提取物可以显著提高豇豆的植物化学成分含量和抗氧化活性，从而提高其营养品质。

3.2 结论

生物刺激素的出现是为了减少农药与化肥的过度使用。海藻提取物是广泛用于提高农业和园艺作物性能的生物刺激素。本研究结果表明，叶面喷施海藻提取液对水培生菜的生长及品质均有积极影响，其中以喷施稀释倍数为500倍的海藻提取液效果最好，水培生菜的鲜重及营养价值都显著提高，抗氧化活性提高，缓解非生物胁迫对作物的负面影响，促进作物生长及增大产量。此外，应对不同植物种类进行更多的研究，以确定海藻提取物的最佳应用率；并且关于海藻提取物如何参与和调控植物体内的生理生化过程，其具体的作用机制还有待进一步研究。