循环经济源实验性生物刺激剂对温室无土栽培草莓植株生长与产量的影响机制研究

本研究系统评估了三种源自循环经济过程的实验性生物刺激剂（EBs）——微藻（MA）、紫色非硫细菌（PNSB）及啤酒花提取物（HE）——对无土栽培草莓（Fragaria vesca L. cv. Malga）生长、生理及果实品质的调控效应。结果表明，不同生物刺激剂可特异性增强植株形态建成（如株高、根系参数）、果实产量、抗氧化活性（DPPH法）及营养品质（如总酚含量TPC、总可溶性固形物TSS），为可持续设施农业提供了新型绿色解决方案。

　　

1 引言

现代农业中化学肥料的过度使用加剧了气候变化、土壤退化及水体污染。野生草莓（Fragaria vesca L.）作为高价值经济作物，其露天栽培常受病虫害和气候波动制约。无土栽培系统通过精准调控水肥供应提供了有效解决方案。生物刺激剂和有机肥料作为环境友好型替代品，可改善土壤结构、增强水分保持并缓释养分，同时提升作物抗逆性和产量。本研究聚焦三种循环经济衍生的生物刺激剂：微藻（Tetraselmis chuii）悬浮液、紫色非硫细菌（PNSB）混合培养物及啤酒花植被生物质水解酒精提取物（HE），旨在评估其对温室无土栽培草莓生长与品质的综合影响。

2 材料与方法

2.1 植物材料与栽培条件

试验于2024年3月至7月在温室内进行，选用野生草莓品种‘Malga’。植株定植于草莓专用基质（泥炭、珍珠岩、黏土和沙混合），每周按需灌溉但不施肥。

2.2 实验生物刺激剂制备与施用

微藻（MA）采用Tetraselmis chuii（株系CCAP 66/21b），于F/2培养基中培养后离心、清洗并冻干。PNSB混合培养物源自米兰郊区湿地样本，以乳清废液为碳源培养后离心冻干。啤酒花提取物（HE）采集自采收后的啤酒花植被（叶、枝和废弃球果），干燥粉碎后以乙醇:水（80:20 v/v）提取。每周制备新鲜生物刺激剂：MA和PNSB按5%和10%浓度悬浮，HE按15 mL/L和30 mL/L稀释后施用于基质。

2.3 数据采集与分析

每两周记录株高、叶片数，并测定叶片黄酮含量（FLV, F_660nm/F_325nm）、叶绿素含量（CCLa, T_850nm/T_720nm）和SPAD值。采收时测定果实鲜重、纵径、横径、硬度（kg/cm3）、色泽（CIE Lab*）、pH、总可溶性固形物（TSS, °Brix）。通过福林酚法测定总酚含量（TPC, mg GAE/g），DPPH法评估抗氧化活性（TEAC, mg/g）。植株和根系鲜重/干重、根长（TRL）、根体积（RV）等参数于试验末期测定。数据经ANOVA和Tukey HSD检验（p ≤ 0.05），并通过热图（MetaboAnalyst 6.0）可视化处理效应。

3 结果

3.1 形态学参数

MA10处理植株株高显著最高（p < 0.001），而HE30和PNSB5处理株高最低。HE30处理叶片数持续最高，对照（C）植株叶片数显著少于所有处理组。

3.2 生理参数

4周时对照植株叶片黄酮含量最高，但6周时MA5和HE30处理跃居首位。叶绿素含量和SPAD值无显著处理差异，但随试验推进略有下降。

3.3 果实品质属性

HE15和HE30处理果实鲜重近乎对照两倍（分别达4.08 g和4.27 g）。PNSB5处理果实纵径为对照两倍。MA10果实最宽（2.23 cm），而对照果实最窄。硬度和色泽参数显著受处理影响：对照和HE15果实最硬；HE15果实红度（a）最高；MA5和PNSB5果实黄度（b）最高。所有生物刺激剂均提高果实pH，PNSB10处理pH最高（4.29）。HE处理大幅提升TSS，HE30达10.77 °Brix。

3.4 生化分析

MA5处理显著提升总酚含量（TPC）和抗氧化活性（DPPH），较对照分别提高35.7%和16.5%。TPC与抗氧化活性呈显著正相关，表明多酚为主要抗氧化贡献组分。

3.5 组织矿质元素含量

果实钾（K?）含量平均比叶片高135.5%，HE15处理果实钾含量较对照提高252.4%。HE30处理叶片硝酸盐（NO??）含量最高，MA5同时提升叶片和果实硝酸盐水平。钙（Ca?）在叶片中含量高于果实（+92.5%），PNSB5处理叶片钙含量最高。

3.6 根系特性

PNSB10处理在所有根系参数中表现最优：总根长（TRL, 198.47 cm）、根体积（RV, 2.56 cm3）等均显著高于对照。MA10亦促进根系发育，而HE30则显著抑制根长、根表面积等参数。

3.7 植株生物量

MA5和PNSB10处理显著增加植株鲜重（分别较对照提高124.5%和111.9%）和干重。根系生物量变化趋势与地上部一致，PNSB10处理根系鲜重和干重最高。

3.8 处理效应热图分析

热图显示PNSB10在根系发育方面综合表现最强，MA5在果实品质（TPC、抗氧化活性）上优势突出，MA10促进株高，HE30增加叶片数。

4 讨论

微藻提取物（MA）通过提供生物可利用营养、植物激素和抗逆化合物促进生长，其效果与Chlorella vulgaris和Spirulina platensis相当。高浓度啤酒花提取物（HE30）可能因酚类、萜烯等次生代谢物产生化感抑制，但同时刺激叶片增殖。PNSB通过分泌5-ALA、IAA等促生物质，并增强磷溶性和固氮能力，显著改善根系构型和养分吸收。果实品质调控方面，HE处理提升糖积累（TSS）和红色素合成，MA5增强酚类代谢，PNSB则改善果实形态。不同生物刺激剂的作用机制呈现浓度和来源特异性，需进一步优化施用策略。

5 结论

三种循环经济衍生的生物刺激剂均能有效改善草莓生长、产量和果实营养品质，其中：MA（尤以5%浓度）提升抗氧化活性与酚类含量；PNSB（10%浓度）最强促进根系发育；HE（30 mL/L）增加单株果实数。本研究为废弃生物质资源化利用提供了实证支持，助推设施农业的绿色转型。