附生绿藻石莼（Ulva lactuca）提取物通过调节生理状态与土壤微生物促进长叶生菜（Lactuca sativa var. longifolia）生长

《Biology》：Ulva lactuca Extract Increases the Growth of Lactuca sativa var. longifolia by Regulating Physiological States and Soil Microorganisms

　　

在碳达峰与碳中和（carbon peaking and carbon neutrality）目标背景下，大规模大型海藻（macroalgae）栽培提供了可持续的海洋生物质来源，而附生藻类（epiphytic algae）虽常被视为海藻养殖中的限制因素，仍是未充分利用的资源。本研究从栽培羊栖菜（Sargassum fusiforme）表面采集附生绿藻石莼（Ulva lactuca）生物量，制备为浓缩水提物（aqueous extract），并以1:600、1:400和1:200稀释比施用于长叶生菜（Lactuca sativa var. longifolia）。结果表明，该藻类提取物以浓度依赖方式影响生菜生长与品质。1:600处理使可溶性糖（soluble sugar）、可溶性蛋白（soluble protein）和维生素C（vitamin C）含量分别提高134.25%、31.65%和20.62%，而1:400处理对地上部生物量（shoot biomass）的增幅最大。提取物还与包括pH在内的部分土壤性质变化相关。高通量测序（high-throughput sequencing）表明，该处理改变了根际相关细菌群落（rhizosphere-associated bacterial community）的组成，包括若干分类群（taxa）相对丰度的变化。总体而言，这些结果提示，附生藻类提取物的适宜施用可能成为改善生菜生长与品质的有前景措施，并对可持续农业生产具有潜在价值。

研究背景：大型海藻具有较高经济价值，其规模化栽培可通过同化氮、磷和二氧化碳（CO₂）缓解富营养化并增强海洋碳汇，是“双碳”背景下海洋绿色食品的重要来源。然而，大型褐藻栽培中附生藻类污染普遍存在。羊栖菜（Sargassum fusiforme）是中国主要栽培海藻之一，易被石莼（Ulva lactuca）附生；石莼叶状体薄、比表面积大、光合效率高，附着后可抑制宿主生长与光合性能，且附生藻类可形成密集冠层、分泌化感物质并吸引食草动物，传统上多依靠人工清除或化学处理。与此同时，附生藻类也可被视为种质资源和可资源化生物质。已有研究表明海藻提取物富含生物刺激素（biostimulant，可促进植物生长和品质的天然提取物类物质），可提高作物叶绿素、可溶性蛋白和内源激素水平，增强抗病性及非生物胁迫耐受性，并与化肥配施提高生物量、降低化肥投入。长叶生菜（Lactuca sativa var. longifolia）富含维生素、矿物质、膳食纤维和黄酮类物质，是中国广泛栽培的叶菜。针对石莼提取物在明确浓度梯度下联合评价作物表现、营养品质和根际微生物群落的研究仍较少，因此研究人员开展本研究。研究将附生石莼制成水提物并喷施长叶生菜，发现其以浓度依赖方式改善生菜生长和品质，1:400稀释促进地上部生物量，1:600稀释更利于营养品质，并伴随土壤性质和根际细菌群落组成变化；这为海藻养殖附生藻类副产物的农业资源化提供了潜在途径。

关键技术方法（不超过250字）：样本来源为浙江省温州市洞头区栽培羊栖菜筏架及藻体表面的附生石莼。室内盆栽长叶生菜采用完全随机设计，设高氮肥对照及提取物1:200、1:400、1:600处理，统计样本n=3–5。关键技术包括：水提物制备与叶面及根周土壤喷施；光合气体交换和光合色素测定；可溶性糖、可溶性蛋白、维生素C、灰分、总黄酮（TFC）和总酚（TPC）测定及高效液相色谱（HPLC）有机酸分析；根系扫描与WinRHIZO分析；根表面微生物16S rRNA基因V3–V4区Illumina MiSeq测序；土壤理化性质测定；硝酸还原酶（NR）、谷氨酰胺合成酶（GS）和谷氨酸合酶（GOGAT）活性测定；方差分析、Dunnett检验及PCA、NMDS、ADONIS、RDA和LEfSe等统计分析。

研究结果：
3.1 长叶生菜生长性能：通过不同稀释度提取物处理比较地上部和根系生长，发现1:400处理地上部生长增幅最明显（p<0.01）；1:600和1:200处理根鲜重显著增加，1:400和1:200处理地上鲜重显著增加。根系扫描显示，1:600和1:400处理平均根直径显著高于对照，三种处理根表面积、体积和分叉数均显著增加，总根长仅在1:200处理显著增加。
3.2 长叶生菜营养品质：通过生化指标测定，发现1:600和1:400处理可溶性糖显著高于对照；1:600和1:200处理可溶性蛋白显著增加；维生素C在1:600处理最高，较对照增加20.62%，1:400处理降低9.31%；灰分在1:600和1:200处理分别增加8.5%和9.28%。
3.3 长叶生菜碳同化能力：通过气体交换和色素测定，发现净光合速率（Pn）随稀释比升高而增加，1:600处理最高，较对照增加46.48%；叶绿素a和叶绿素b在1:600处理分别增加12.87%和19.36%，类胡萝卜素无显著变化；气孔导度（Gs）和蒸腾速率（Tr）随稀释比升高而增加，Tr在1:600、1:400和1:200处理分别增加183.52%、153.41%和81.25%。
3.4 NR、GS和GOGAT氮同化活性变化：通过酶活试剂盒测定，发现NR活性在1:600和1:400处理显著降低、1:200处理无显著变化；GS活性在1:600处理降低、1:200处理升高、1:400处理无显著变化；GOGAT活性在1:600和1:200处理升高、1:400处理无显著变化，表明提取物对氮同化相关酶活性的影响具有浓度依赖。
3.5 长叶生菜次生代谢物：通过分光光度法和HPLC测定，发现总黄酮和总酚含量随提取物浓度增加而升高，1:400和1:200处理显著高于对照；柠檬酸含量在1:400处理最高，较对照增加14.15%；苹果酸在各处理均升高但未达显著差异。
3.6 土壤理化性质：按国家标准测定土壤性质，发现各处理土壤pH均处中性范围，1:600和1:400处理显著高于对照；1:400处理土壤容重显著增加；土壤有效磷（AP）在各处理均较对照增加，1:600处理最明显；有效钾无显著差异；1:400处理有机质下降；各处理电导率较对照下降。
3.7 土壤根际细菌群落多样性与丰富度指数：通过16S rRNA高通量测序，发现属水平优势类群相对丰度随处理变化；NMDS显示1:600、1:400和1:200处理根际细菌群落明显分离，ADONIS分析证实群落组成差异显著（p=0.001）；LEfSe/cladogram识别出20个差异类群，1:600处理富集Acidobacteriota、Actinomycetota等，1:400处理富集Cyanobacteriota、Fibrobacterota、Patescibacteria等，1:200处理富集Bacillota等；PCoA显示对照与处理群落分离；RDA提示pH和AP与根表面相关细菌群落变异关联较强；热图显示优势属与土壤性质存在相关。

讨论部分总结：讨论认为，叶面施用藻类提取物提高了Pn并促进生菜地上部和根系生长，但光合色素响应具有处理依赖性；这些效应可能与藻类提取物中植物激素类物质、多糖、多酚、黄酮和矿质营养等生物活性成分有关，但由于本研究中提取物未进行化学表征，相关解释仍属初步。不同稀释度效应不同：1:600更利于可溶性糖、可溶性蛋白、维生素C和灰分积累，1:400更利于生物量积累，1:200效果减弱可能与渗透效应、代谢负担或内源激素平衡扰动有关。根系构型改善与土壤有效磷升高及容重和通气状况变化相关；根际微生物组成变化与pH、AP等土壤性质相关，但原文强调这些多为相关性而非因果机制。讨论提出“土壤性质调控—微生物群落重塑—植物生长响应”的可能级联路径，但需功能和机制研究验证；同时提醒Cyanobacteriota信号可能源于Chloroplast目序列，不能作为固氮增强的直接证据。

研究结论翻译：本研究表明，与栽培羊栖菜相关的附生绿藻石莼（Ulva lactuca）提取物有潜力作为海洋源生物刺激素用于长叶生菜生产。其效应具有浓度依赖性：1:400稀释更有效促进地上部生物量，而1:600稀释对营养品质更有益，显著提高可溶性糖、可溶性蛋白和维生素C含量。提取物施用还伴随部分土壤性质和根际细菌群落组成变化，提示其可能影响植物表现和根际环境。从实践角度看，当以较高生物量为主要生产目标时，1:400稀释可能更合适；当以改善品质为目标时，尤其面向高值蔬菜市场，1:600稀释可能更可取。总体而言，附生石莼生物量是农业利用的有前景可持续资源。然而，本研究在受控室内条件下开展，在大规模应用前仍需田间验证、机制研究和经济评估。