矿物施肥配施不同来源腐殖质（HS）对黄百香果（Passiflora edulis）幼苗生理、营养与生长品质的协同调控

《Discover Plants》：Physiological responses and nutrition in passion fruit seedlings biostimulated with humic substances

　　

本研究评估了在矿质施肥制度下，以不同来源腐殖质（humic substances，HS）进行生物刺激的黄色百香果（Passiflora edulis）幼苗的生理、营养和生长响应。采用完全随机4×2析因设计，设置4种HS来源（无HS、风化煤（leonardite）、森林生长介质来源HS和有机栽培生长介质来源HS）与2个矿质施肥水平（施肥与不施肥）组合，共8个处理，8次重复。矿质施肥显著提高地上部鲜生物量（+186%）、地上部干质量（+181.66%）和总叶绿素含量（+30.66%）。HS施用仅在施肥幼苗中增强生长，其中风化煤和森林生长介质来源HS分别使地上部鲜生物量增加57.70%和36.50%。风化煤来源HS促进根系鲜生物量（+78%），而有机栽培生长介质来源HS使Dickson质量指数（DQI）最大化（+121.71%）。在施肥幼苗中，森林生长介质来源HS显著提高净光合速率（A）（11.22 μmol CO₂ m^?2 s^?1）、水分利用效率（WUE）（+117.09%）、内在水分利用效率（iWUE）（+180.71%）和瞬时羧化效率（iCE）（+149.34%）。有机栽培生长介质来源HS也改善上述效率。施肥幼苗叶面N和K含量充足，但P仍低于临界水平。上述结果证实合理矿质施肥与HS施用，尤其热带生长介质来源HS，具有协同增强幼苗活力和生理表现的作用。未来研究应阐明全作物周期及采后果实品质的长期效应。

研究背景与问题：百香果是Passifloraceae科中经济重要性最高的热带果树之一，原产南美洲，用途多样，国际需求持续增加。优质幼苗生产是商业果园建立的关键环节，但该阶段矿质施肥极为敏感，过量施肥尤其不合理施用氮肥会妨碍植株发育，并可能抑制与淀粉、氨基酸和氨同化吸收相关的关键酶活性，影响果实品质相关化合物合成。研究人员和生产者因而关注可持续技术，以提高养分吸收效率并促进幼苗早熟。有机质（OM）中的腐殖质（HS）是直接作用于植物代谢的组分，具生物刺激潜力，可与常规肥料协同调节酶活性、改善生长介质—植物互作，并通过基因调控、细胞壁亲水化、胞饮和离子运输等影响植物生理。既有研究已涉及百香果，但HS在百香果幼苗阶段对生理和营养的影响仍需进一步研究。本研究基于协同生物施肥模型，假设合理矿质施肥提供养分，而HS激活代谢、促进正生理响应并提高养分吸收与同化；另一假设是HS诱导蛋白合成和根细胞质膜H⁺-ATPase活化，促进根系扩展和水养吸收，关联酸生长理论。研究目的是评价不同来源HS生物刺激下黄百香果幼苗的生理、营养和生长响应。

研究开展与总体结论：研究人员采用完全随机4×2析因试验，比较4种HS来源与2个矿质施肥水平对黄百香果幼苗生长、生物量分配、气体交换、叶绿素动态、营养状况及多变量相关性的影响。结果表明，矿质施肥显著提高地上部鲜生物量、地上部干质量和总叶绿素；HS仅在施肥幼苗中增强生长，风化煤和森林生长介质来源HS提高地上部鲜生物量，风化煤来源HS促进根鲜生物量，有机栽培生长介质来源HS最大化DQI；施肥下森林来源HS显著提高净光合速率、WUE、iWUE和iCE，有机栽培来源HS亦改善这些效率；叶面N和K在施肥幼苗中充足，但P仍低于临界水平。研究证实合理矿质施肥与HS施用、尤其热带生长介质来源HS具有协同增强幼苗活力和生理表现的作用，支持施肥—生物刺激剂联合应用以提升百香果生产可持续性。

关键技术方法（≤250字）：研究在巴西Paraíba联邦大学土壤与农村工程系温室开展，采用完全随机4×2析因设计：4种HS来源（无HS、风化煤、森林生长介质、有机栽培生长介质）×2个矿质施肥水平（施肥与不施肥），8次重复，每重复1株。黄百香果品种为商业品种Feltrin?“Amarelo”。生长介质采自巴西半干旱Pocinhos 20 cm深度，阴干过筛；森林和有机栽培来源HS分别采自Areia的Ombrophilous森林和有机栽培地20 cm深度。幼苗于2024年11—12月培育，60 d后（播种后天数，DAS）结束。测定生长、生物量、DQI、叶N/P/K、气体交换、叶绿素指数与荧光，并作主成分分析（PCA）。样本来源已注明。

研究结果：
3.1 生长与生物量分配（Growth and phytomass allocation）：基于生长和生物量指标测定，施肥使地上部鲜生物量平均增加186%、地上部干质量增加181.66%；HS仅在施肥幼苗中提高地上部鲜生物量，风化煤和森林来源分别增加57.70%和36.50%，对应28.18 g和27.84 g，显示热带森林来源HS与商业来源相近。根干生物量受HS来源与施肥交互影响，但HS处理间无显著差异；根鲜生物量仅风化煤HS+施肥较不施肥增加78%，达1.15 g。叶面积在施肥+HS尤其风化煤HS下增加23.08%，最大340.09 cm²；有机栽培HS+施肥使DQI较施肥对照增加121.71%（0.35对0.16），表明地上与根系发育更平衡。
3.2 气体交换与光合效率（Gas exchange and photosynthetic efficiency）：基于气体交换测定，不施肥幼苗未表现HS对光合过程的生物刺激效应；施肥下森林HS使净光合速率达11.22 μmol CO₂ m^?2 s^?1，而风化煤HS在20 mmol L^?1碳浓度下降低净光合速率至6.16 μmol CO₂ m^?2 s^?1。不施肥幼苗蒸腾较高，峰值见于风化煤HS（7.30 mmol H₂O m^?2 s^?1）；施肥下森林和有机HS使蒸腾分别降低28.54%和31%。胞间CO₂浓度仅在森林（194.80 μmol mol^?1）和有机（191.40 μmol mol^?1）HS施肥幼苗中显著低于对照304 μmol mol^?1。施肥下森林和有机HS使气孔导度分别降低45.21%和49.23%。施肥幼苗WUE、iWUE和iCE显著提高，森林HS使WUE、iWUE和iCE分别增加117.09%、180.71%和149.34%，有机HS分别增加106.61%、190.64%和144.85%。
3.3 叶绿素动态与光化学活性（Chlorophyll dynamics and photochemical activity）：基于叶绿素指数和荧光测定，荧光仅受施肥显著影响；不施肥对照初始荧光F₀较施肥高34.14%，F_v/F₀较施肥高34.87%，提示营养缺乏导致胁迫并降低光化学能生成。森林HS不施肥幼苗最大荧光F_m较施肥高3.57%。HS处理间荧光变异较小，原文归因于幼苗早期光合机构尚未充分发育；风化煤和有机HS处理的荧光不受两因素显著影响。总叶绿素受施肥显著影响，平均增加30.66%，但风化煤HS处理例外；施肥幼苗叶绿素a/b比值较不施肥降低。
3.4 营养状况与养分同化（Nutritional status and nutrient assimilation）：基于叶面营养分析，HS未影响营养含量，仅施肥提高叶N和P；K无显著影响，原文解释为生长介质初始K为砂质介质中等水平（0.13 cmol_c dm^?3），可满足需求。施肥幼苗N为50 g kg^?1，较不施肥32 g kg^?1高56.25%；P为1.56 g kg^?1，较不施肥0.51 g kg^?1高205.5%；生长介质初始P低至1.86 mg dm^?3。
3.5 相关性分析（Correlation analysis）：基于PCA，前两个主成分解释82.90%总变异（PC1 59.40%，PC2 23.50%）；P、总叶绿素、地上部鲜生物量、N、根鲜生物量、WUE、叶面积、iCE和A与PC1正象限相关，胞间CO₂浓度、蒸腾和F₀与PC1负象限相关，F_v/F₀和F_v/F_m与PC2正象限相关。处理形成三组：不施肥四处理、对照施肥与风化煤施肥、森林施肥与有机施肥；不施肥组靠近蒸腾和F₀，施肥组靠近荧光效率，森林和有机施肥组靠近叶面积、光合速率、WUE和iCE，并与N、地上部及根鲜生物量正相关。

讨论部分总结：讨论指出HS对地上部鲜生物量的显著作用依赖施肥，低肥力、高砂含量（84.80%）生长介质限制单独HS效果，支持“协同生物施肥模型”，即矿质营养提供底物、腐殖质分子激活生理过程并提高养分同化效率。鲜、干生物量响应差异提示HS参与渗透调节；生化激活理论认为腐殖质大分子类生长素调节细胞伸长与分裂，激活质膜H⁺-ATPase，促进根际酸化、养分溶解和根系吸收面积增加。HS的芳香族和羧基结构还可螯合养分、减少沉淀并提高N、P、K有效性；根形态发生与根毛形成、侧根发生基因及木质部导管直径增加相关，信号转导涉及Ca²⁺和活性氧。气体交换方面，HS调节气孔导度和WUE，涉及脱落酸（ABA）和一氧化氮（NO）互作，并通过改善N同化和胞间CO₂稳态提高Rubisco羧化效率；胞间CO₂降低和iCE提高表明CO₂固定增强而非仅气体扩散改善。叶绿体层面，HS提高叶绿素合成、稳定光系统II，醌类和酚类基团可短暂接受和供电子，缓解光氧化胁迫。营养方面，N充足、P不足，K充足；HS通过质膜H⁺-ATPase和二次主动运输提高养分吸收效率，并以配体交换和载体运输促进养分向代谢库运输；砂质低阳离子交换量限制其表达，但HS与肥料协同可提高养分保持、减少淋失，并提高硝酸还原酶活性和氨基酸合成，根际酸化还可提高P溶解性。叶绿素动态受N在叶绿素合成和Mg螯合中的核心作用驱动，HS可间接保护色素、清除活性氧；荧光参数反映光系统II激发能传递改善，但本研究中HS对荧光无显著影响可能与11—12月光照时数较低有关。有机生长介质来源HS效果最佳，原文归因于微生物互作及对半干旱区土壤气候的适应；热带土壤提取HS并回用于育苗具有前景，仍需全周期及采后研究。

研究结论翻译：腐殖质（HS）对生物量生产的显著作用仅在施肥幼苗中实现；在营养不足条件下，本研究中生物刺激效应未显现。风化煤和森林生长介质处理的幼苗表现相似，表明从热带森林生长介质提取的HS在地上部生物量生产方面可与商业来源相当。经施肥的有机生长介质提取HS处理的百香果幼苗在Dickson质量指数（DQI）上显著突出，证明其是最适合百香果幼苗的来源。尽管矿质施肥和生物刺激技术在生产与科学领域已较为成熟，但本研究结果展示了创新视角，并支持施肥—生物刺激剂联合应用策略，以最大化百香果产量和生产效率，并立足于可持续生产实践。