睡茄(Withania somnifera)叶提取物作为作物生物刺激剂的筛选及其活性组分化学特征解析

本研究针对作物生长促进需求，通过种子引发技术系统评估睡茄叶提取物(WsLE)的生物刺激效应。研究人员对20种作物进行形态学和生化指标分析，结合HPLC/UHPLC-HRMS技术鉴定出26种睡茄内酯、5种植物激素及26种活性成分，发现27-羟基睡茄酮和睡茄素A为关键活性物质，为植物源生物刺激剂开发提供理论依据。

　　

在可持续农业发展的背景下，如何减少化学肥料使用同时提高作物产量成为全球性难题。传统化学合成类生长调节剂存在环境污染和残留风险，而植物源生物刺激剂因其生态友好特性备受关注。睡茄(Withania somnifera)作为印度传统药用植物，其根提取物已被证实具有多种药理活性，但叶片资源长期未被充分利用。更关键的是，虽然已知睡茄含有生物活性成分，但其作为农业生物刺激剂(Systemic Acquired Resistance, SAR诱导剂)的作用机制和活性组分构成仍存在显著知识空白。

研究人员通过种子引发(Seed priming)技术，首次系统评估了睡茄叶提取物(WsLE)对20种作物的生长促进效应。实验设计涵盖从宏观形态到分子层面的多维度分析：在表型层面监测发芽率、株高和鲜重；在生化层面检测总多酚、蛋白质、黄酮含量及过氧化物酶(POD)、苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性；采用高效液相色谱(HPLC)和超高效液相色谱-高分辨质谱联用技术(UHPLC/HRMS)进行化合物鉴定。

主要技术方法包括：1) 建立20种作物的标准化种子引发处理体系；2) 采用紫外分光光度法测定总多酚、黄酮等生化指标；3) 运用HPLC和UHPLC/HRMS完成植物化学成分定性定量分析；4) 通过主成分分析(PCA)评估不同作物对WsLE的响应差异。

研究结果

1. 生物刺激效应验证：WsLE处理显著提高胡芦巴(T. foenum-graceum)、绿豆(V. radiata)和高粱(S.bicolor)等作物的发芽率(提升18-32%)、株高(增加22-45%)及生物量(增长27-41%)，且呈现浓度依赖性。

2. 生化机制解析：处理组作物中抗氧化酶活性提升2.1-3.8倍，苯丙烷代谢关键酶PAL活性最高增加4.2倍，表明WsLE可能通过激活植物防御系统发挥作用。

3. 化学特征图谱：鉴定出26种睡茄内酯(Withanolides)、5种植物激素(如赤霉素GA₃)及26种其他活性成分，其中27-羟基睡茄酮(27-hydroxywithanone)和睡茄素A(Withaferin A)占总含量的34-58%。

4. 作物响应分类：PCA分析将作物分为高响应型(如豆科植物)、中度响应型(如禾本科)和低响应型(如茄科)，暗示不同作物对睡茄内酯的敏感性存在种属特异性。

结论与意义

该研究首次阐明睡茄叶提取物作为多效性生物刺激剂的化学基础和作用模式。发现的27-羟基睡茄酮和睡茄素A可作为SAR诱导剂的标志物，其通过协同调控抗氧化系统(增强POD活性)和苯丙烷代谢(激活PAL通路)双重机制促进作物生长。研究为睡茄资源的高值化利用开辟新途径，建立的作物响应分类模型为精准农业应用提供理论支撑。论文发表在植物疗法领域权威期刊《Fitoterapia》，对发展环境友好型农业投入品具有重要指导价值。