乳清蛋白水解物与抗坏血酸协同腐植酸调控盐胁迫下“Cara Cara”橙树光合防御机制提升果实产量与品质的研究

本研究针对盐渍土壤中“Cara Cara”橙树产量与品质下降问题，通过田间试验探讨了乳清蛋白水解物（WPH）与抗坏血酸（ASA）配合腐植酸（HA）对盐胁迫（EC 5.14 dS m-1）的缓解机制。结果表明，PEH+HA处理可显著提升单株产量（80.3%）、净光合速率（82.3%）及抗氧化酶活性（SOD 122.2%），同时降低MDA（57.8%）和电解质渗透率（56.0%）。该研究为盐碱地柑橘栽培提供了安全高效的生物刺激剂组合方案。

　　

在全球范围内，柑橘作为最重要的水果类别，在经济和营养方面占据着举足轻重的地位。其中，“Cara Cara”橙（Citrus sinensis L.）以其甜美的口感和低酸度备受青睐。然而，柑橘树，尤其是“Cara Cara”品种，对土壤盐分高度敏感，这已成为制约其产量和品质提升的主要环境挑战之一。盐胁迫通过诱导渗透胁迫和离子毒性，不仅直接抑制植物生长，还会引发活性氧（ROS）的爆发，导致细胞膜损伤、叶绿素降解和光合作用受阻，最终造成作物减产和品质劣变。尽管植物自身拥有抗氧化防御系统，但在严重的盐胁迫下，这种内在保护机制往往显得力不从心。因此，寻找安全、经济且有效的外源物质来增强植物的抗逆性，对于保障盐渍化地区柑橘产业的可持续发展至关重要。

在此背景下，生物刺激剂作为一种环境友好的策略展现出巨大潜力。其中，乳清蛋白水解物（Whey Protein Hydrolysates, WPH）是奶酪工业的副产品，经酶解后产生富含多种氨基酸和生物活性肽的混合物，具有促进植物生长和增强抗逆性的潜能。抗坏血酸（Ascorbic Acid, ASA）作为一种重要的内源抗氧化剂，直接参与清除ROS和调节细胞代谢。腐植酸（Humic Acid, HA）是土壤有机质的重要组成部分，能够改善土壤结构、促进养分吸收和根系发育。尽管这些物质单独应用已显示出一定的抗逆效果，但它们联合使用在缓解柑橘盐胁迫方面的协同机制尚缺乏系统研究。

为了回答这一问题，由Ahmed M. Fikry等研究人员在《Journal of Soil Science and Plant Nutrition》上发表了题为“Efficient CO₂ Assimilation and Harmonization of Defensive Mechanisms Via Whey Protein or Ascorbic Acid Plus Humic Acid Applications to Enhance Fruit Yield and Quality in Salt-Stressed ‘Cara Cara’ Orange Trees”的研究论文。该研究基于两个连续的生长季节（2022/23和2023/24）的田间试验，旨在评估胰蛋白酶水解乳清蛋白（PEH）、木瓜蛋白酶水解乳清蛋白（PAH）和ASA，单独或与HA配合施用，对盐胁迫下“Cara Cara”橙树果实产量、品质、生理生化特性及抗氧化防御系统的调控作用。

本研究主要采用了田间试验设计、生理生化指标测定以及抗氧化系统活性分析等关键技术方法。研究在埃及Sharkia Governorate的盐渍化壤土（EC ~5.14 dS m^-1）上进行，供试材料为6年生“Cara Cara”橙树。试验设置了8个处理，包括对照（CK）、PAH（1000 mg L^-1）、PEH（1000 mg L^-1）、ASA（1000 mg L^-1）以及它们分别与HA（1000 mg L^-1）的组合，以及单独HA处理。WPH和ASA进行叶面喷施，HA则通过灌溉施入土壤。研究人员系统测定了果实产量与品质指标（如果实重量、数量、可溶性固形物TSS、维生素C等）、光合色素含量（叶绿素a、b，类胡萝卜素）、光合效率参数（净光合速率、蒸腾速率、气孔导度）、生理指标（相对含水量RWC、膜稳定性指数MSI、电解质泄漏EL、丙二醛MDA、脯氨酸、可溶性糖TSS）以及抗氧化系统（包括酶促抗氧化剂如过氧化氢酶CAT、过氧化物酶POD、超氧化物歧化酶SOD、抗坏血酸过氧化物酶APX、谷胱甘肽还原酶GR，和非酶促抗氧化剂如抗坏血酸ASC、谷胱甘肽GSH、α-生育酚α-TOC、甘氨酸甜菜碱GB，以及氧化应激指标过氧化氢H₂O₂和超氧阴离子O₂^•–）。

果实产量、果实品质、光合色素和效率

所有含HA与WPH或ASA的组合处理均显著改善了盐胁迫下橙树的果实产量和品质性状以及光合色素和效率指标。其中，PEH+HA处理效果最为突出，在两个季节中，使单果重分别增加36.5%和39.8%，单株果实数增加34.3%和34.8%，单株产量增加80.3%和82.7%，果实大小增加42.7%和38.5%，总酸度增加162.3%和250.0%，维生素C含量增加10.7%和13.6%，可溶性固形物（TSS）增加12.5%和8.3%。同时，PEH+HA处理还显著提高了叶绿素a（51.4%和51.7%）、叶绿素b（50.0%和51.7%）和类胡萝卜素（53.5%和53.0%）的含量，并大幅提升了净光合速率（82.3%和80.9%）、蒸腾速率（139.4%和136.9%）和气孔导度（146.2%和140.7%）。此外，PEH+HA处理显著降低了TSS/酸度比。值得注意的是，PAH+HA和ASA+HA处理在多数产量、品质和光合指标上与PEH+HA处理效果相当。

RWC, MSI, EL, MDA, 游离脯氨酸和TSS

盐胁迫导致柑橘叶片相对含水量（RWC）、膜稳定性指数（MSI）、游离脯氨酸和可溶性糖（TSS）含量降低，电解质泄漏（EL）和丙二醛（MDA）含量升高。而HA与WPH或ASA的联合施用则逆转了这一趋势。PEH+HA处理效果最佳，使RWC提升27.9%和28.0%，MSI提升44.2%和43.0%，游离脯氨酸提升64.3%和62.7%，TSS提升65.7%和65.9%；同时使EL降低56.0%和57.0%，MDA降低57.8%和58.3%。ASA+HA和PAH+HA处理在多个生理指标上也表现出与PEH+HA相似的效果。

酶促和非酶促抗氧化化合物

盐胁迫下，柑橘叶片的抗氧化防御系统被激活。PEH+HA处理最为有效地提升了酶促抗氧化剂活性，包括CAT（17.3%和17.2%）、POD（90.5%和86.7%）、APX（17.5%和18.2%）、SOD（122.2%和122.1%）和GR（49.2%和47.9%）。同时，该处理也显著增加了非酶促抗氧化剂含量，如ASC（49.6%和45.7%）、GSH（97.9%和99.0%）、α-TOC（78.9%和80.6%）和GB（48.0%和46.5%），并有效降低了氧化应激指标H₂O₂（45.7%和45.6%）和O₂^•–（47.9%和49.3%）的水平。PAH+HA和ASA+HA处理在部分抗氧化指标上与PEH+HA处理无显著差异。

本研究得出结论，乳清蛋白水解物（WPH）和抗坏血酸（ASA）与腐植酸（HA）联合应用能有效增强盐胁迫下“Cara Cara”橙树的生长、产量和抗逆性。其中，胰蛋白酶水解乳清蛋白（PEH）叶面喷施结合土壤施用HA（PEH+HA）是最有效的处理组合。该组合通过协同增强植物的光合作用效率、水分状况、膜系统稳定性以及酶促和非酶促抗氧化防御能力，有效缓解了盐诱导的氧化损伤，从而显著提高了果实产量和品质。其重要作用机制包括：HA通过改善土壤环境和营养吸收为植物生长提供基础支持；WPH提供丰富的氨基酸和肽段，直接参与氮代谢并增强抗氧化能力；ASA作为直接的抗氧化剂清除ROS。三者协同，共同强化了植物的渗透调节（通过增加脯氨酸和可溶性糖）、ROS清除（通过提升SOD、CAT、GSH等）和细胞膜保护能力，最终实现了在盐渍土壤中维持柑橘高产优质的目标。因此，PEH+HA、PAH+HA和ASA+HA等组合策略被认为是在盐渍条件下种植柑橘作物、保持产量和品质的有效且可持续的农艺措施。这项研究为利用农业副产品（乳清）和天然物质（ASA、HA）开发新型生物刺激剂，以应对盐胁迫这一全球性农业挑战提供了重要的理论依据和实践方案。