菌根真菌和纳米TiO?在不同灌溉制度下提高两个红花品种的花瓣产量和抗氧化活性

《South African Journal of Botany》：Mycorrhizae and nano-TiO? enhance petal yield and antioxidant activity of two safflower cultivars under different irrigation regimes

　　

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  采用FRAP法评估了红花花瓣的抗氧化活性。
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  开花期干旱胁迫显著降低了红花花瓣产量。
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  纳米钛和G. intraradices提高了干旱条件下的抗氧化活性和花瓣产量。
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  Faraman（红色）的花瓣产量高于Omid（黄色）。
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  Faraman的抗氧化活性高于Omid品种。

引言

红花（Carthamus tinctorius L.）是菊科的一种重要油料和药用作物，因其对不利环境条件的适应能力而在半干旱和温带地区广泛种植（Knowles, 1989; Dajue and Mündel, 1996）。伊朗被认为是红花的主要起源中心之一，在不同气候区域分布着大量栽培种和野生生态型，展示了该物种可观的遗传多样性和对热胁迫和干旱胁迫的天然耐受性（Emongor, 2010; Golkar et al., 2012）。

除了作为油料作物的价值外，红花花瓣富含红花黄酮、红花醛和其他酚类化合物等重要色素，广泛应用于食品工业、纺织印染、制药和传统医学（Asgarpanah and Kazemivash, 2013; Zhang et al., 2016a）。红花在中国传统医学中也长期被使用，特别用于改善血液循环和治疗心血管疾病。植物化学研究已鉴定出红花花朵中超过200种生物活性化合物，包括黄酮类、蒽酮类、酚酸类和生物碱类，其中许多化合物赋予了植物抗氧化、抗炎和治疗特性（Zhang et al., 2016b; Zhou et al., 2014）。因此，人们对红花花瓣的产量和生化品质越来越感兴趣，尤其是在胁迫环境条件下。

尽管红花相对耐受恶劣环境，但干旱胁迫仍然是限制植物生长、生殖表现和产量稳定性的主要因素之一（de Almeida Silva et al., 2023; Manvelian et al., 2021）。水分亏缺会负面影响细胞分裂、光合作用、养分运输和同化产物分配等重要生理过程，最终减少花朵产量（Farooq et al., 2009; Chaves et al., 2009）。干旱胁迫还会促进活性氧（ROS）的过度产生，包括超氧阴离子和过氧化氢，这些物质可能损伤脂质、蛋白质和核酸（Mittler, 2002; Gill and Tuteja, 2010）。

为应对氧化胁迫，植物会激活一系列抗氧化防御机制，包括酶促和非酶促组分。其中，酚类和黄酮类化合物在清除ROS和维持细胞氧化还原平衡方面发挥重要作用。因此，抗氧化能力通常被视为植物对干旱胁迫耐受性的重要指标（Apel and Hirt, 2004; Hasanuzzaman et al., 2020）。然而，较高的抗氧化酶活性不应被视为非生物胁迫耐受的可靠替代指标，因为活性氧在植物适应胁迫过程中也作为重要的信号分子发挥作用（Xu et al., 2025）。

铁还原抗氧化能力（FRAP）测定法是评估抗氧化活性最广泛使用的方法之一，因为它简单、可靠，且有效用于估算富含酚类化合物的植物提取物的还原能力（Benzie and Strain, 1996; Prior et al., 2005）。以前的研究表明，干旱胁迫可以增强红花和其他作物物种的FRAP值，表明在氧化胁迫条件下抗氧化防御系统具有适应性增强作用（Mohammadi et al., 2022; Rasouli et al., 2023; Manvelian et al., 2021）。

丛枝菌根真菌（AMF）通过增强根系水力传导率、养分吸收（特别是磷和微量元素）、光合活性和抗氧化反应，在有限水分条件下改善植物表现（Augé, 2001; Smith and Read, 2008）。近年来，二氧化钛纳米颗粒（TiO? NPs）也因其对非生物胁迫条件下光合作用、养分同化和抗氧化防御系统的积极影响而备受关注，被认为是潜在的植物生长刺激剂（Qi et al., 2013; Farahi et al., 2023）。

此外，最近的证据表明，AMF和纳米-TiO?的联合应用可能产生联合效应，通过改善共生效率和胁迫韧性来增强植物对干旱胁迫的耐受性（Timmusk et al., 2018; Chandoliya et al., 2024）。

尽管红花主要用于其种子和油的生产，但其花朵和花瓣也被认为是生物活性化合物的宝贵来源，特别是具有抗氧化特性的酚类和黄酮类成分（Alizadeh Yeloojeh et al., 2020）。因此，评估红花花瓣的抗氧化活性可能为红花在种子产量和油含量等传统农艺性状之外的功能价值提供额外视角。以前的研究表明，水分亏缺可以改变红花花朵中次生代谢物的积累，包括酚类和黄酮类化合物，并改变其抗氧化活性（Alizadeh Yeloojeh et al., 2020）。此外，这些生化反应的幅度和方向可能在红花基因型之间有所差异，表明品种特性在决定水分限制反应中的重要性。然而，关于干旱胁迫的时间、品种背景以及菌根和纳米-TiO?的应用如何交互影响红花花瓣抗氧化潜力的信息仍然有限。特别是，对于在不同发育阶段遭受干旱并接受菌根、纳米-TiO?或其联合应用的对比红花品种，花瓣抗氧化活性的比较信息仍然稀缺。填补这一空白可能有助于阐明农艺胁迫管理策略如何不仅影响红花生产力，还影响其花瓣中有潜在价值的生物活性化合物的积累。因此，本研究旨在调查丛枝菌根真菌和纳米二氧化钛在两个遭受不同生长阶段灌溉截止的红花品种中，对花瓣产量和抗氧化活性的联合作用，采用FRAP法进行评估。

章节摘要

试验地点和设计

该试验在连续两个生长季（2023年和2024年）进行，采用随机区组设计（RCBD）的裂区排列，设三个重复，在伊朗设拉子县进行（北纬29°36′，东经52°32′；海拔1480–1670米；年均降水量337毫米）。灌溉制度分配至主小区，分为三个水平：充分灌溉（I1）、从开花至成熟期截止灌溉（I2）和从籽粒充实至成熟期截止灌溉（I3）。副小区由...

HPLC法测定红花连续甲醇提取物的多酚组成

红花花瓣提取物的多酚谱见图2。

鉴定出10种化合物，主要的包括没食子酸、绿原酸、咖啡酸、对香豆酸、反式阿魏酸、芥子酸、橙皮苷、迷迭香酸、槲皮素和橙皮素。如表2所示，Faraman的没食子酸、绿原酸、咖啡酸、对香豆酸、迷迭香酸、槲皮素和橙皮素浓度高于Omid。相反，...

讨论

在Faraman和Omid两个品种中鉴定出的酚酸和黄酮类化合物，如没食子酸、绿原酸、咖啡酸、对香豆酸、阿魏酸和槲皮素（表2），突显了这些化合物在防御机制和适应环境胁迫中的关键作用。这些化合物通常通过HPLC分析鉴定，作为强效抗氧化剂，通过清除活性氧（ROS）从而减轻氧化损伤。在红花中，...

结论

水分亏缺，特别是从开花期开始的水分亏缺，显著降低了红花花瓣产量。丛枝菌根真菌（AMF；Glomus intraradices）通过种子/土壤接种的应用，特别是与纳米-TiO?叶面喷施结合时，通过增强两个品种Faraman和Omid的花瓣产量，减轻了干旱的负面影响，相比未处理的对照组。通过FRAP测定法测定的抗氧化活性显示显著增加...

伦理批准和参与同意

本文不包含任何作者开展的人类参与者或动物研究。

出版同意

（不适用）

资金

本研究未获得公共、商业或非营利部门拨款机构的专项资助。

CRediT作者贡献声明

Seyed Mohammad Shahamiri：调查研究，数据整理。Mohsen Movahhedi Dehnavi：写作—审阅与编辑，写作—原稿撰写，验证，监督，概念构思。Amin Salehi：写作—审阅与编辑，监督。Hamidreza Balouchi：写作—审阅与编辑，概念构思。Alireza Yadavi：写作—审阅与编辑，概念构思。Vahid Rowshan Sarvestani：写作—审阅与编辑，项目管理，方法论。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系，这些利益或关系可能会影响本文所报告的工作。

Seyed Mohammad Shahamiri|Mohsen Movahhedi Dehnavi|Amin Salehi|Hamidreza Balouchi|Alireza Yadavi|Vahid Rowshan Sarvestani