外源百里香酚施用方式调控Passiflora incarnata L.幼苗酶促与非酶促抗氧化组分及生物量分配

《Biologia Futura》：Enzymatic and non-enzymatic antioxidant components of Passiflora incarnata seedlings are modulated by exogenously applied thymol

　　

百里香酚（thymol）是一种天然抗氧化化合物，具有刺激植物发育的潜力。因此，本研究旨在评估百里香酚——通过种子浸种、叶面喷施或其组合——对药用植物Passiflora incarnata L.萌发性、生长和抗氧化代谢的影响。为此，评估了种子发芽和活力、幼苗生物计量、抗氧化酶活性以及类黄酮和总酚类化合物含量。含百里香酚溶液浸种未提高发芽率和发芽速度指数。然而，其提高了幼苗叶片中类黄酮和酚类化合物的浓度（分别较对照植株提高34.65%和29.93%）。叶面喷施提高了地上部干质量，并降低了超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）、过氧化氢酶（catalase，CAT）和抗坏血酸过氧化物酶（ascorbate peroxidase，APX）活性（分别降低37.30%、57.44%和46.79%），提示百里香酚可调节（i）生物量分配模式和（ii）幼苗叶片中的抗氧化机制。百里香酚联合施用（种子浸种加叶面喷施）进一步降低抗氧化酶活性（SOD、CAT和APX分别总降低57.84%、84.43%和64.51%），强化了百里香酚干扰抗氧化机制的证据。综上，数据表明百里香酚可影响P. incarnata幼苗发育早期的生理和抗氧化代谢，且该影响取决于百里香酚施用方式。

Passiflora incarnata L.因叶中黄酮类等药用成分而广泛用于制药工业。其商业规模繁殖依赖种子，但幼苗质量因个体分离和遗传差异而变异较大；Passiflora属种子含自身产生的抑制剂，导致发芽受阻，胚胎切除后萌发更快，提示存在化学、物理和/或机械休眠；酸或机械划伤降低P. incarnata种子萌发性，而播前浸水可改善。外源化合物如百里香酚（thymol，C₁₀H₁₄O）可促进种子萌发和活力。百里香酚是唇形科和马鞭草科精油中常见的酚类单萜，可能通过调节细胞氧化还原状态刺激植物发育，具抗氧化、杀真菌、杀菌等生物活性，可用于医药、食品、兽医和农业。已有研究表明，大豆种子百里香酚纳米乳液处理可提高根长、鲜质量、根瘤数及质量、荚数和百粒重；小麦种子包衣可改善氮吸收、碳同化和干旱胁迫下深层根系吸水。基于百里香酚本身为抗氧化化合物，研究假设其通过影响植物抗氧化状态刺激P. incarnata幼苗早期发育，因此评估浸种、叶面喷施及其组合对萌发性、生长和抗氧化代谢的影响。

关键技术方法（不超过250字）：研究在温室进行，使用注册品种P. incarnata种子（registration 23,114-CF01, Grupo Centroflora）。实验1采用2×2因子设计，比较浸种2或24 h与百里香酚0或1 mg L^?1，评估出苗率和出苗速度指数（ESI）；实验2选用24 h浸种，设对照（C）、浸种（I）、喷施（S）、浸种+喷施（I+S）四处理，于21、28、35 DAS喷施，66 DAS收获。测定根长、茎长、根干质量、茎干质量、总干质量和根/茎比；测定SOD、CAT、APX活性、总酚、总黄酮和DPPH抗氧化能力；采用ANOVA、Tukey检验及MetaboAnalyst 5.0聚类热图分析。

研究结果：
实验1：二因素ANOVA显示浸种时间、百里香酚浓度及其交互对出苗率均无显著影响，总平均70%；出苗速度指数仅受24 h预浸种提高，与百里香酚浓度无关。
实验2：单因素ANOVA显示茎长、根干质量、根/茎比和总干质量无显著差异；根长在I+S下较对照降低18.04%；叶面喷施百里香酚使茎干质量较对照提高49.61%；SOD、CAT和APX活性在喷施（单独或联合浸种）后显著降低；总酚和总黄酮在含百里香酚溶液浸种来源的幼苗中增加。热图显示对照与茎长、根长及CAT、SOD、APX正相关；I与DPPH、总酚、总黄酮正相关；S与根干质量、总干质量正相关；I+S与总干质量、茎干质量正相关，与抗氧化酶负相关。聚类树将I+S与S、C与I分为两个簇，第一簇地上部和幼苗生物量较高，第二簇CAT、SOD、APX较高。

讨论部分总结：在幼苗生长方面，百里香酚作为种子保护生物投入，具抗氧化、抗真菌和抗菌特性，允许用于有机生产，FDA将其列为对人类健康安全的物质，适合药用植物生产；Passiflora种子因抑制剂需播前浸水。24 h浸种未影响出苗率和速度指数，与大豆种子百里香酚处理无影响的结果一致；叶面喷施提高茎干质量而根和总干质量未变，提示百里香酚可干扰早期生物量分配，且可调节与茎再生和生长相关基因表达。I+S降低根长，与较高剂量百里香酚因根系残留积累延迟根发育一致；根长降低未伴随根生物量下降，根/茎比未变，根平均较对照重30.28%，短而重的根是毒性常见症状，常扰乱根系统激素产生、平衡、运输和/或敏感性。在抗氧化代谢方面，24 h浸种提高叶片酚类和黄酮浓度；黄酮是植物特有酚类，具抗氧化性，是Passiflora属叶片质量标志（糖基化黄酮）。抗氧化机制包括非酶（酚类）和酶（SOD、CAT、APX）组分，共同平衡活性氧（reactive oxygen species，ROS）。SOD是第一道酶防线，催化超氧阴离子（O₂^•?）歧化为H₂O₂和O₂；H₂O₂可被CAT和APX清除。百里香酚施用降低SOD、CAT、APX活性；由于百里香酚和许多酚类本身可清除ROS，酶活降低可能由底物减少介导的负反馈机制触发，可能解释平均抗氧化能力维持而黄酮和酚类水平变化。

研究结论翻译：综上，数据揭示百里香酚（1 mg L^?1）可影响P. incarnata幼苗早期发育阶段的生物量分配模式和抗氧化代谢，且影响取决于施用方式。含百里香酚溶液浸种增加抗氧化机制非酶组分浓度，叶面喷施含百里香酚溶液降低叶片主要抗氧化酶活性。联合施用（浸种加喷施）进一步降低抗氧化酶活性，表明百里香酚对植物抗氧化机制的强干扰。这些发现为百里香酚作为生物活性化合物用于药用植物（尤其P. incarnata）栽培提供新视角，提示百里香酚可用于改善该物种植物化学品质。然而，需进一步研究确定这些响应是否贯穿植物发育并导致vitexin（牡荆素）和isovitexin（异牡荆素）等黄酮积累增加，这些是该药用物种重要成分；还需研究百里香酚作用模式（尤其分子方法及不同环境条件下），以加深理解其如何改变植物生物化学和发育，从而最大化正面效应并避免不良效应。