生物炭与生育酚协同调控抗氧化系统增强向日葵抗旱性的机制研究

本研究揭示了Dalbergia sissoo源生物炭与生育酚协同缓解向日葵干旱胁迫的新机制。通过多组实验证实，联合处理显著提升发芽指标（GP最高增30%）、农艺性状及光合色素含量（15-22%），并促进渗透调节物质积累。关键发现包括H2O2水平降低30-45%，抗氧化酶（SOD/CAT/APX等）活性提升25-70%，证实其通过土壤改良（持水力↑18%）与细胞抗氧化双途径协同增效。

　　

Highlight

生物炭与生育酚的协同作用通过抗氧化调节和渗透物积累增强向日葵（Helianthus annuus）的抗旱性

Discussion

气候变化通过破坏水分稳态和加剧氧化胁迫对作物生产力产生多维限制。我们的研究结果表明，生物炭和生育酚的协同施用通过调节相互关联的生理、生化和形态途径，显著减轻向日葵（Helianthus annuus L.）的干旱诱导损伤。这些改良剂的功效源于它们的互补机制：生物炭改善土壤物理性质（如持水性和养分有效性），而生育酚增强细胞抗氧化防御系统。这种协同作用反映在关键发芽参数的显著改善上，例如蒂姆森发芽指数（TGI）在30天干旱下V1和V2分别增加15%和27%，以及平均发芽时间（MGT）缩短高达23%。农艺性状的增强，如叶片鲜重、根长和茎干重，进一步证明了整体植物活力的改善。在生理水平上，叶绿素a、b和类胡萝卜素含量增加15-22%，伴随着渗透物（如脯氨酸和可溶性糖）的显著积累，这有助于在水分胁迫下维持细胞膨胀。氧化应激的减轻通过过氧化氢（H₂O₂）水平降低30-45%和关键抗氧化酶（包括过氧化氢酶（CAT）、超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）和抗坏血酸过氧化物酶（APX））活性增强25-70%得到证明。这些发现强调了生物炭和生育酚在通过改善土壤-植物-水分关系和强化内在抗氧化防御机制来增强向日葵抗旱性方面的互补作用。

Conclusion

Dalbergia sissoo源生物炭和生育酚的协同施用有效缓解了向日葵品种Hysun-33和Hysun-39的干旱胁迫。这种协同作用通过互补机制运作，例如生物炭增强土壤物理性质（持水性提高18%，养分有效性增加），而生育酚强化细胞抗氧化防御和膜稳定性。它们共同显著改善了发芽、营养生长（叶、茎、根生物量）和生理性能（光合色素、渗透物积累）。最重要的是，联合处理通过显著提高抗氧化酶（SOD、CAT、POD、APX）活性和减少氧化损伤标志物（H₂O₂），有效清除了活性氧（ROS）。因此，生物炭和生育酚的整合应用代表了一种有前景的、可持续的策略，通过协调土壤改良和细胞保护来增强向日葵在干旱条件下的恢复力。