摩罗苷生物刺激剂通过协调抗氧化系统与生理响应提升棉花抗旱性及产量形成机制研究

《Scientific Reports》：Moringa bio-stimulant promoted cotton production via coordinating anti-oxidants and physiological behaviors to combat reproductive drought stress

本研究针对全球气候变化引发的干旱胁迫严重制约棉花生产的突出问题，系统探讨了摩罗苷叶提取物（MLE30）作为生物刺激剂在棉花生殖期干旱胁迫下的缓解效应。通过两年田间试验，发现MLE30叶面喷施可显著提升棉花抗氧化酶活性（SOD、POD、CAT）、渗透调节物质（TSP、TPC）含量及叶片水分状态（RWC），改善纤维品质性状（纤维强度、整齐度等），最终使籽棉产量提高9.72%，效益成本比达3.97。该研究为干旱逆境下棉花绿色增产提供了有效技术途径和理论依据。

　　

气候变化与全球变暖对农业生产尤其是棉花种植构成了严峻挑战。研究表明，到21世纪末，干旱可能导致作物减产高达46%。棉花作为重要的纤维作物，对水分需求敏感，特别是在生殖生长阶段（开花期和结铃期）遭遇干旱（称为“生殖期干旱胁迫”）时，减产尤为显著，可达50%–80%。传统的化学抗旱剂成本高且可能对环境不友好，因此，开发绿色、高效的生物刺激剂成为当前农业可持续发展的重要方向。摩罗苷（Moringa oleifera）叶提取物（MLE）富含细胞分裂素（如玉米素）、维生素、多酚及矿物质元素，被认为是一种具有潜力的植物生长促进剂，能够增强作物对非生物胁迫的耐受性。然而，其在棉花生殖期干旱胁迫下的叶面喷施效果及其作用机制尚待系统阐明。

为此，Muhammad Wajihul Hassan等人于2023–2024年在巴基斯坦木尔坦Bahauddin Zakariya大学农学系试验田开展连续两年田间试验，研究在生殖期干旱（开花期干旱BBCH编码60、结铃期干旱BBCH编码70）条件下，喷施不同生物刺激剂（摩罗苷叶提取物MLE₃₀、海藻提取物SWE、硝基酚酸盐NP以及对照清水）对棉花生理代谢、抗氧化系统、产量构成及纤维品质的影响。该研究论文发表于《Scientific Reports》，旨在为棉花抗旱栽培提供理论依据与技术方案。

本研究主要采用田间试验设计，设置不同干旱胁迫处理与生物刺激剂喷施组合，通过测定棉花叶片抗氧化酶活性（超氧化物歧化酶SOD、过氧化物酶POD、过氧化氢酶CAT）、渗透调节物质（总可溶性蛋白TSP、总酚类含量TPC）、生理指标（比叶重SLW、相对含水量RWC、相对膜透性RMP、相对细胞损伤RCI）以及产量与纤维品质参数，系统评估摩罗苷生物刺激剂的抗逆效果。试验数据采用双因素方差分析（ANOVA）、主成分分析（PCA）和Pearson相关性分析进行统计检验。

研究结果

抗氧化系统响应

摩罗苷处理显著提升了棉花叶片中抗氧化酶活性及抗氧化物质含量。在结铃期干旱条件下，MLE₃₀处理的SOD、POD、CAT活性分别比清水对照提高12.61%、33.17%和2.18%，总酚含量（TPC）增加9.55%。相关分析表明，这些抗氧化指标与籽棉产量呈显著正相关，说明摩罗苷通过增强活性氧清除能力缓解了干旱引起的氧化损伤。

生理特性改善

干旱胁迫导致棉花叶片相对含水量（RWC）下降、细胞膜透性（RMP）升高，而摩罗苷喷施使RWC提高25.41%，RMP降低12.26%。此外，比叶重（SLW）增加11.70%，表明叶片光合能力增强。这些生理指标的改善有助于维持细胞水分平衡和膜结构稳定性。

生长与产量形成

摩罗苷处理显著促进棉花形态建成，在开花期干旱条件下，叶面积指数（LAI）、作物生长率（CGR）均优于其他处理。单株结铃数提高2.70%，铃重增加18.20%，最终籽棉产量提升9.72%。经济效益分析显示，摩罗苷处理的净收入达2252.66美元/公顷，效益成本比（BCR）为3.97，显著高于海藻提取物和硝基酚酸盐处理。

纤维品质提升

干旱胁迫通常导致纤维品质下降，但摩罗苷喷施使纤维细度、强度、整齐度和手扯长度分别提高5.82%、2.43%、1.09%和2.66%，表明其有助于维持纤维发育过程中的碳水化合物供应与细胞壁合成。

结论与意义

本研究明确表明，在棉花生殖期（开花期和结铃期）叶面喷施摩罗苷生物刺激剂（MLE₃₀，稀释比例1:30）可有效缓解干旱胁迫的不利影响。其作用机制主要通过激活抗氧化防御系统、改善叶片水分状况、稳定细胞膜结构，进而促进光合产物积累与纤维发育。该技术不仅提高了棉花产量和品质，还降低了化学制剂的使用量，符合绿色农业发展方向。此外，摩罗苷作为廉价易得的植物源刺激剂，在干旱半干旱地区具有广阔应用前景。未来研究可进一步解析其活性成分（如玉米素）的信号转导通路，为作物抗逆栽培提供分子基础。