海藻生物刺激素促进可持续农业：两年期研究揭示辣椒和茄子的产量提升机制

这篇研究通过两年田间试验证实，褐藻(Ascophyllum nodosum)提取物(ANE)作为生物刺激素可显著提升辣椒(Capsicum annuum)和茄子(Solanum melongena)的果实产量（第一年增产28%/81%，第二年46%/108%），其机制涉及代谢重编程（糖类/氨基酸积累）、镁元素生物强化（pepper果实Mg↑20%）及转录调控（纤维素合成GO:0030244通路激活）。该成果为气候智能型农业提供了新型环保解决方案。

　　

1 引言

全球气候变化与不可持续农业实践催生了对环保型作物增产策略的需求。本研究聚焦褐藻(Ascophyllum nodosum)提取物(ANE)的生物刺激效应，通过两年田间试验揭示其对茄科作物辣椒和茄子的增产机制。这两种对逆境敏感的经济作物在欧洲常面临极端天气威胁，而ANE富含的多糖、植物激素等活性成分此前已被证实可增强光合作用、养分吸收及抗逆性。

2 结果

2.1 产量表型分析

双花期喷施ANE使辣椒第一年单株产量提升28%（第二年46%），茄子增幅更达81%（第二年108%）。增产主要源于果实数量增加（辣椒20-22%，茄子64-81%），而单果重量增幅呈现年际波动（辣椒6-20%，茄子0-27%）。发育追踪显示ANE加速果实成熟，首次采收量显著增加但二次采收略降，总体仍保持净增益。

2.2 代谢组学特征

CD期（细胞分裂阶段）和FE期（细胞充分扩展阶段）采样揭示：

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  碳代谢：叶片中蔗糖、果糖及糖醇（肌醇等）积累，促进同化物转运

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  氮代谢：果实氨基酸减少暗示蛋白质合成加速，4-羟基脯氨酸等渗透调节物增加

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  能量平衡：TCA循环中间物（苹果酸/柠檬酸）减少，反映代谢流向生物合成倾斜

2.3 元素组学发现

多数营养元素因"稀释效应"浓度降低，但辣椒果实镁(Mg)含量逆势增加20%，叶片Mg则相应减少，表明ANE促进Mg向库器官转运。这与草莓等作物报道的ANE镁强化效应形成跨物种佐证。

2.4 转录组学机制

叶片中117个基因持续上调（如纤维素合成相关GO:0030244），205个下调（氧化应激相关）。跨物种保守的8个同源基因家族中，β-1,3-葡聚糖酶（抗病/发育双重功能）和亚铁转运蛋白（金属稳态）最引人注目。

3 讨论

3.1 增产双驱动模型

ANE通过双重途径提升产量：

1. 1.

   数量优势：可能通过改善花药活性或减少早期落果，使坐果率提升

2. 2.

   质量调控：加速细胞分裂（CD期宽度增加）与扩展（FE期糖积累）

3.2 代谢-转录协同网络

糖信号与氮代谢的再平衡构成增产核心：

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  叶片糖输出增加（蔗糖↑）与果实糖酵解增强（葡萄糖↑）形成源-库良性循环

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  脯氨酸通路调整既保障渗透保护，又避免过度应激消耗

3.3 营养强化意义

辣椒果实的Mg富集具有特殊营养学价值。镁作为人体600+酶促反应辅因子，其膳食补充对预防神经肌肉功能障碍具有重要意义。

4 材料方法亮点

研究设计体现农业真实性：

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  两年异地重复（保加利亚Tsalapitsa与Plovdiv试验田）

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  商业品种（辣椒'Amareta F1'/茄子'Black Pearl F1'）

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  田间管理模拟实际生产（滴灌/地膜覆盖）

5 结论

ANE通过代谢重编程（碳氮再分配）、元素转运优化（Mg生物强化）及基因表达调控（细胞壁合成激活）的三维机制，为可持续园艺生产提供新型解决方案。该研究首次在茄科作物中建立海藻提取物剂量-效应关系，其发现的镁富集效应为功能性农产品开发提供新思路。