蚯蚓堆肥引发剂通过协调代谢与表型重编程促进微型蔬菜可持续强化研究

本研究针对气候变化背景下生物刺激剂在植物强化中的应用需求，探索了蚯蚓堆肥作为种子引发剂对五种微型蔬菜的生理代谢调控机制。研究人员采用表型分析和非靶向代谢组学相结合的方法，发现0.2-2.0 g L-1浓度蚯蚓堆肥可提高光合效率并特异性诱导含氮化合物（如芥子油苷和生物碱）的生物合成，同时下调萜类代谢。该研究为开发可持续农业实践提供了重要理论依据，论文发表于《Journal of Soil Science and Plant Nutrition》。

　　

在气候变化和可持续农业发展的双重挑战下，如何通过环境友好方式提高作物营养价值成为研究热点。微型蔬菜因其生长周期短、营养密度高而备受关注，但其生产过程中仍依赖化学农药。生物刺激剂作为替代方案展现出巨大潜力，其中蚯蚓堆肥因其富含活性成分却作用机制不明，制约了其精准应用。

为阐明这一科学问题，意大利圣心天主教大学（Universita Cattolica del Sacro Cuore）的Pascual Garcia-Pérez团队在《Journal of Soil Science and Plant Nutrition》发表了创新性研究成果。该研究首次系统揭示了蚯蚓堆肥作为种子引发剂对五种微型蔬菜（萝卜、红甘蓝、芥菜、苜蓿和水芹）的多维度调控机制。

研究采用表型参数测量结合UHPLC-QTOF/MS非靶向代谢组学技术，通过AMOPLS多变量统计和rCCA相关性分析，构建了代谢-表型关联网络。实验设置0.2（L1）、2（L2）和20 g L^-1（L3）三个处理浓度，以蒸馏水为对照，在多层垂直生长室中培养10天后取样分析。

光合参数分析显示，L1和L2处理显著改善了微型蔬菜的光合性能。萝卜在L2处理下生物量增加19.2%（p<0.01），苜蓿在L1处理下生物量提升39.9%。代谢组学鉴定出2092种化学特征物，其中芥子油苷类如8-(甲基硫代)辛基-脱硫芥子油苷在萝卜中的积累量达对照的128倍（logFC=7.81）。值得注意的是，所有测试品种的萜类代谢均被抑制，如β-胡萝卜素在萝卜中下调128倍。

相关性分析揭示了三个关键关联模式：1）萜类物质与非光化学淬灭（NPQt）正相关，如豆甾醇与NPQt的相关系数达0.62（p<0.05）；2）多酚类与光系统II效率（Phi2）正相关，白藜芦醇与Phi2的r=0.59；3）氧化代谢物与开放光系统II中心比率（qL）相关，8-氧代鸟苷三磷酸与qL的r=0.57。

该研究首次建立了蚯蚓堆肥剂量-代谢响应-表型特征的关联模型，证实中低浓度（0.2-2.0 g L^-1）处理可通过协调次级代谢重编程实现微型蔬菜的营养强化。这一发现为开发基于代谢调控的精准农业技术提供了新思路，对促进可持续食品生产具有重要意义。研究创新的多组学整合方法也为生物刺激剂作用机制研究建立了范式。