螺旋藻提取物通过增强抗氧化防御系统缓解小麦盐胁迫的生理机制研究

本研究针对盐胁迫严重抑制小麦生长的问题，通过外源喷施非固氮蓝藻螺旋藻(Spirulina platensis, SPE)提取物，系统评估了其对小麦幼苗生长、光合色素及氧化代谢的调控作用。结果表明，60 mg/L SPE处理可使盐胁迫下小麦地上部鲜重和根长分别提升49%和223%，并通过激活APX、POD等抗氧化酶活性和促进脯氨酸(Pro)、酚类等渗透调节物质积累，显著缓解了H2O2和MDA介导的氧化损伤。该研究为开发基于微藻的生物刺激剂提供了理论依据，对半干旱地区盐渍化土壤的农业可持续生产具有重要实践价值。

　　

盐胁迫是制约全球农作物生产的重大非生物胁迫因素，尤其在干旱半干旱地区，土壤盐渍化导致作物营养失衡、水分吸收受阻和代谢紊乱，最终造成产量下降。传统化学肥料虽能部分缓解盐害，但存在环境污染风险。近年来，微藻类生物刺激剂因其生态友好特性成为研究热点，但非固氮蓝藻如钝顶螺旋藻(Arthrospira platensis)在作物抗盐中的应用机制尚不明确。

针对这一科学问题，阿尔及利亚梅迪亚大学农学系的研究团队在《Scientific Reports》发表了创新性研究。该团队通过盆栽实验，系统评估了螺旋藻提取物(SPE)对盐胁迫(150 mM NaCl)下小麦幼苗的促生效应及其生理机制。研究发现，SPE处理能显著逆转盐胁迫导致的生长抑制，使小麦地上部鲜重和根长分别增加49%和223%，同时提升叶绿素a、b和类胡萝卜素含量56.7%、35.3%和42.9%。在分子机制层面，SPE通过激活抗坏血酸过氧化物酶(APX)和过氧化物酶(POD)活性，分别使酶活提高224%和97.5%，有效清除了过量积累的H₂O₂（降低39%）和丙二醛(MDA)（降低46%）。值得注意的是，SPE还通过上调苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性146.8%，促进总酚类和黄酮类次生代谢物积累，协同脯氨酸含量25%的提升，构建了多层次的盐胁迫防御网络。

研究采用的关键技术包括：1) 螺旋藻生物量标准化培养与光学密度(OD_618nm)定量；2) 小麦盆栽体系的盐梯度(EC 5.8 dS/m)与SPE叶面喷施(60 mg/L)处理；3) 光合色素(Lichtenthaler法)和氧化应激标志物(H₂O₂-KI法、MDA-TBA法)检测；4) 抗氧化酶(APX、POD、PAL)活性和渗透调节物质(脯氨酸、谷胱甘肽)定量分析。

SPE amendment enhances wheat growth attributes under salt stress

盐胁迫使小麦地上部和根部鲜重分别降低56.5%和74.3%，而SPE处理不仅完全逆转了这种抑制，还使根长出现超补偿性增长(223%)。这种促生效应与SPE富含的植物激素、氨基酸和微量元素直接相关。

SPE amendment enhances wheat photosynthetic pigments under salt stress

盐胁迫导致叶绿素a、b和类胡萝卜素含量下降41-43%，SPE处理则通过保护光合机构完整性，使这些关键色素含量恢复甚至超过对照水平，为碳同化提供物质基础。

SPE amendment alleviates oxidative stress in wheat under salt stress

图示SPE使H₂O₂和MDA含量显著降低，证实其通过抑制ROS爆发和膜脂过氧化维护细胞稳态。

SPE amendment enhances antioxidant enzymes activity

APX和POD活性的协同增强构成第一道抗氧化防线，而PAL活性146.8%的提升则通过苯丙烷代谢途径产生大量酚类抗氧化剂，形成第二道防御体系。

SPE amendment improves antioxidant metabolites contents

脯氨酸和谷胱甘肽(GSH)的积累表明SPE通过渗透调节和硫醇-二硫键循环双重机制维持细胞膨压和氧化还原平衡。

该研究首次系统阐明了非固氮蓝藻SPE通过"抗氧化酶激活-次生代谢强化-渗透调节"三位一体机制缓解小麦盐胁迫的生理基础。主成分分析(PCA)显示生长参数与SPE处理呈强正相关，而氧化损伤指标与盐处理紧密关联。研究为开发低成本、环境友好的藻源生物刺激剂提供了理论支撑，对保障盐渍化地区粮食安全具有重要意义。未来研究可进一步解析SPE中活性成分（如藻蓝蛋白、植物激素）的分子作用靶点，并通过田间试验验证其大田应用效果。