微藻源生物刺激剂潜力大：提升番茄种子萌发与幼苗发育的新希望

农业面临着温室气体排放、气候变化影响等问题，为探索可持续农业方法，研究人员开展了微藻提取物和废弃培养基对番茄种子生物刺激作用的研究。结果表明其有浓度依赖效应，还明确了最佳处理浓度等。该研究为微藻在农业中的应用提供依据。

　　在全球气候变化的大背景下，农业正面临着前所未有的挑战。传统农业不仅是全球变暖的 “贡献者”，约产生 15% 的全球温室气体（GHG）排放，其自身也深受气候变化的影响。不稳定的天气、温度波动以及极端天气事件的增加，时刻威胁着农作物的产量、土壤健康和水资源供应。与此同时，传统农业过度使用化肥和农药、不合理的水资源利用等行为，还在破坏地球的生态系统，导致生物多样性减少。随着全球人口预计在 2050 年达到约 100 亿，如何在减少环境影响的同时提高粮食产量，成为了亟待解决的难题。

在这样的困境下，微藻因其独特的优势进入了科研人员的视野。微藻能够高效进行光合作用，将 CO₂转化为生物质，部分还能在碳丰富的废水中生长，用于污水修复。在农业领域，微藻不仅可作为人类食物或动物饲料，还能制成生物肥料、生物农药和生物刺激剂（biostimulants）。其中，生物刺激剂能通过提供植物激素、多糖和氨基酸等生物活性化合物，增强植物生长和抗逆性，且不直接提供养分，而是激活植物内部生长途径，减少化肥使用。此前，藻类生物刺激剂多基于大型藻类，微藻基生物刺激剂作为新兴产品，具有生长快、易培养、成分可调控等优点，已在多种植物中应用成功，但仍有许多未知等待探索。

为进一步挖掘微藻基生物刺激剂的潜力，来自意大利马尔凯理工大学（Università Politecnica Delle Marche）的 Lorenzo Mollo 和 Alessandra Norici 等研究人员，开展了关于三种绿藻（斜生栅藻 Tetradesmus obliquus、莱茵衣藻 Chlamydomonas reinhardtii、原壳小球藻 Auxenochlorella protothecoides）及其混合藻的细胞提取物和废弃培养基对番茄（Solanum lycopersicum L.）种子生物刺激作用的研究 。该研究成果发表在《Discover Plants》上，为微藻在农业中的应用提供了重要参考。

研究人员采用了多种关键技术方法。首先是微藻培养技术，将单种微藻及混合藻在 BG11 培养基中培养，部分混合藻还在稀释沼液中培养，培养至稳定期后收获。接着是提取物制备技术，利用细胞破碎仪破碎藻细胞获取提取物，并对其进行成分分析。对于番茄种子，采用种子预处理（seed priming）技术，将种子在不同浓度的藻提取物或废弃培养基中浸泡 24 小时后播种。实验结束后，通过记录发芽种子数量、测量幼苗根长、茎长和鲜重等指标，评估生物刺激剂的效果，并运用统计分析方法确定实验结果的显著性。

研究结果

1. 发芽参数：不同浓度的藻提取物和废弃培养基对番茄种子发芽影响各异。斜生栅藻 0.1mg/mL 的提取物处理种子，最终发芽率（FGP）可达 100%，而高浓度处理时发芽种子数减少。废弃培养基在低浓度（10%）时可促进发芽，混合藻废弃培养基在该浓度下效果最佳，但浓度升高时 FGP 下降。平均发芽时间（MGT）方面，0.1mg/mL 藻提取物处理的种子发芽时间较长，不过其发芽种子数较多。相关性分析发现，MGT 与 FGP 呈中度正相关。发芽速率指数（GRI）和发芽指数（GI）也受生物刺激剂来源和浓度影响，总体上，低浓度和高浓度处理的种子 GRI 值较高，而混合藻在沼液中生长后制成的提取物处理的种子 GRI 值最低；藻提取物处理显著影响 GI 值，废弃培养基处理的种子 GI 值与对照组相近123。
2. 幼苗的长度和重量：藻提取物对幼苗茎长的影响大于废弃培养基，0.1mg/mL 的提取物促进作用最强，斜生栅藻提取物处理的幼苗茎最长；而废弃培养基对根长的促进作用更明显，100% 废弃培养基处理时，多种藻的根长增加最多。在幼苗重量方面，低浓度的藻提取物和废弃培养基（0.05 - 0.1mg/mL 和 10 - 50%）可使幼苗重量增加，且不同处理对根 / 茎比有不同影响，藻提取物使该比值降低，废弃培养基则使其升高456。
3. 生长速度：结合发芽时间和幼苗形态数据发现，尽管部分处理的幼苗长度或重量与对照组相当，但由于发芽慢（MGT 高），其生长速度（GS）更快。例如，0.1mg/mL 藻提取物处理的幼苗，虽发芽时间长，但长度和重量增加，GS 值更高7。

研究结论与讨论

该研究表明，微藻提取物和废弃培养基对番茄种子萌发和幼苗发育具有显著影响。斜生栅藻提取物在促进种子萌发方面效果最佳，0.05mg/mL 时发芽率可达 100% 。总体上，0.1mg/mL 的提取物浓度比高浓度更能稳定地提高发芽率。同时，藻提取物和废弃培养基的效果均呈现浓度依赖性，高浓度可能抑制种子萌发，甚至对种子产生毒性。在促进幼苗生长方面，藻提取物对茎长的促进作用更突出，废弃培养基则在增强根发育上表现更优，这说明两者作用机制不同。此外，研究还发现混合藻在沼液中生长后制成的生物刺激剂效果较差，表明生长培养基对生物刺激剂的生化特性起着关键作用。

从更广泛的角度来看，该研究为微藻基生物刺激剂的应用提供了重要的实践依据。利用微藻生产生物刺激剂，不仅可以实现藻类生物质和废弃培养基的资源化利用，降低生产成本，还能减少农业对化肥的依赖，符合可持续农业发展的需求。然而，目前微藻基生物刺激剂的研究仍面临一些挑战，比如如何进一步优化微藻培养条件和生物刺激剂配方，以提高其效果和稳定性；如何确保废弃培养基中的潜在有害物质不会对植物和土壤造成负面影响等。未来，结合代谢组学和转录组学等先进技术，深入研究微藻基生物刺激剂的作用机制，有望开发出更高效、更安全的产品，为可持续农业发展注入新动力。