腐殖质产品中促进植物根系伸长和抗氧化活性的关键组分鉴定及其分子机制研究

本研究针对腐殖质产品HS-2?Pro的生物活性组分不明确的问题，通过分离腐殖酸(HA)、疏水性富里酸(FA)、亲水性FA和高亲水性FA等组分，结合DRIFT光谱、HPSEC和RP-HPLC技术，揭示了亲水性FA和HA组分对植物根系伸长的促进作用及HA与疏水性FA的抗氧化活性，为腐殖质生物刺激剂的精准应用提供理论依据。

　　

在可持续农业和森林资源循环利用的背景下，如何高效利用林木疏伐废弃物成为关键问题。腐殖质作为植物生长的天然刺激剂，其活性组分的作用机制尚不明确。日本弘前大学（Hirosaki University）的研究团队以 composted wood thinnings 提取的腐殖产品 HS-2?Pro 为研究对象，通过多学科技术揭示了其促进植物根系生长和抗氧化的分子基础。

研究采用分级分离结合光谱和色谱技术，包括：1) 酸碱分级法获得 HA 和三类 FA 组分；2) 漫反射红外傅里叶变换光谱(DRIFT)分析官能团特征；3) 高效分子排阻色谱(HPSEC)测定分子量分布；4) 反相高效液相色谱(RP-HPLC)解析组分亲疏水性差异；5) 采用芥菜幼苗模型评价根系伸长活性；6) DPPH自由基清除实验测定抗氧化能力。

分子特征分析

DRIFT 光谱显示 HA 组分富含木质素衍生物（1510 cm^-1特征峰），而疏水性 FA 羧基含量最高（1720 cm^-1峰）。HPSEC 表明 HA 形成大分子聚集体（4.0 kDa），而亲水性 FA 以小分子为主（1.0 kDa）。RP-HPLC 进一步证实亲水性 FA 组分极性最强，保留时间最短（<13 min）。

生物活性验证

根系伸长实验显示，亲水性 FA（1 mg L^-1）和高亲水性 FA（0.8 mg L^-1）活性最强，分别使芥菜根长增加22%和17%，而疏水性 FA 无显著效果。抗氧化活性则呈现相反趋势，HA 和疏水性 FA 的 TEAC 值分别为 Trolox 的2倍和1.5倍，表明酚类物质主要存在于疏水性组分中。

协同作用机制

研究发现腐殖产品整体活性优于单一组分，表明 HA 与 FA 组分存在协同效应。HA 中木质素衍生的芳香结构通过疏水作用包裹活性物质，而亲水性 FA 的小分子可直接被植物吸收。这种"分子库"效应解释了腐殖质在低浓度（20 mg L^-1）时显著促进生长，而高浓度（50 mg L^-1）时活性降低的现象。

该研究首次系统阐明了腐殖产品中不同组分对植物生长的差异化调控机制，为开发靶向型生物刺激剂提供了分子设计思路。通过关联化学特性与生物功能，证实木质素降解产物（如原儿茶酸）是抗氧化活性的关键物质，而微生物代谢产生的亲水性小分子负责根系伸长调控。这些发现不仅为森林疏伐废弃物的高值化利用开辟了新途径，也为精准农业中的腐殖质应用建立了科学标准。论文发表于《Chemical and Biological Technologies in Agriculture》，标志着腐殖质研究从宏观效应向分子机制的重要转变。