利用城市废水培养的栅藻生物质开发植物生物刺激剂：对生菜生长及光合作用的影响

推荐 为应对全球人口增长导致的矿物肥料过度使用及其引发的环境问题，研究人员开展了利用城市废水培养栅藻生物质并评估其作为植物生物刺激剂潜力的研究。结果表明，微藻生物质富含植物激素，能显著提高生菜的鲜重和光合作用活性，尤其在非胁迫条件下效果显著。该研究为农业可持续发展和资源循环利用提供了新思路。

　　

论文解读
在全球人口激增的背景下，粮食需求不断攀升，矿物肥料作为提高作物产量的关键手段被广泛使用。然而，长期大量施用化肥不仅导致土壤酸化和水体富营养化，还因资源过度消耗和价格飞涨引发了一系列经济与环境问题。在此背景下，寻找既能提升作物产量又能减轻环境压力的替代方案显得尤为重要。植物生物刺激剂（biostimulants）作为一种新兴的农业投入品，因其能够增强作物对养分的吸收效率、提高抗逆性并改善土壤质量，逐渐受到关注。

本研究由西班牙的研究团队开展，旨在评估利用城市废水培养的栅藻（Scenedesmus sp.）生物质作为植物生物刺激剂的潜力。研究人员通过高率藻池（High Rate Algal Ponds, HRAPs）处理城市废水，收获并冻干微藻生物质，随后采用物理提取（PE）和化学提取（CE）两种方法制备提取物，并在温室条件下对生菜幼苗进行为期35天的农艺试验。结果表明，微藻生物质中的植物激素（如细胞分裂素TZ和生长素IAA）含量显著高于欧洲生物刺激剂法规的阈值，且两种提取物均能提高生菜的叶绿素含量和鲜重。尤其在非胁迫条件下，化学提取物处理的生菜鲜重增加了13%。此外，干旱胁迫处理揭示了提取物在提高植物抗逆性方面的潜力，尽管效果未达到统计学显著水平。

研究背景指出，传统农业对化肥的依赖已造成严重的生态问题，而生物刺激剂因其环境友好性成为可持续农业的重要工具。微藻作为一类能够在废水等恶劣环境中生长的微生物，其富含的植物激素和营养物质使其成为理想的生物刺激剂来源。然而，目前关于废水培养微藻的生物刺激剂潜力研究仍较少，尤其是针对其在实际农业生产中的应用效果评估。

本研究的关键技术方法包括：

1. 微藻生物质培养与重金属检测：利用高率藻池处理城市废水，收获微藻生物质并检测其重金属和植物激素含量。
2. 植物激素定量分析：通过超高效液相色谱-串联质谱（UPLC-MS/MS）技术测定微藻生物质中的细胞分裂素、生长素等植物激素。
3. 农艺试验设计：在温室条件下，将微藻提取物以叶面喷施方式应用于生菜幼苗，并设置干旱胁迫处理以评估其抗逆性效果。

研究结果显示，微藻生物质中的植物激素含量显著高于欧洲法规阈值，其中细胞分裂素TZ含量高达21 mg/gDW，生长素IAA含量为7 mg/gDW。农艺试验表明，化学提取物处理的生菜在非胁迫条件下鲜重增加了13%，而物理提取物处理的生菜叶绿素含量提高了10%。干旱胁迫处理下，物理提取物处理的生菜鲜重增加了12%，但未达到统计学显著水平。

研究结论强调，利用城市废水培养的栅藻生物质作为生物刺激剂具有显著的经济和环境效益。其高含量的植物激素不仅能促进作物生长，还能通过提高资源利用效率减少化肥施用量。然而，研究也指出，微藻生物质中的镉含量超出欧洲法规阈值，需进一步优化废水处理工艺以降低重金属污染风险。此外，不同提取方法的差异性提示需根据具体应用场景选择适宜的技术手段。

该研究为微藻生物质在农业中的规模化应用提供了科学依据，同时也为城市废水的资源化利用开辟了新途径。未来研究应聚焦于优化提取工艺、扩大试验作物范围以及深入解析微藻生物刺激剂的分子作用机制，以推动其在可持续农业中的广泛应用。