利用Carpobrotus edulis提取物作为生物刺激剂在保持果实品质的同时提高番茄产量：一种入侵植物物种的增值方法

《Plant Science》：Improving tomato production while preserving fruit quality with Carpobrotus edulis extract as a biostimulant: A valorization approach for an invasive plant species

　　

在循环经济框架内，将入侵植物生物质在农业领域进行增值利用，为环境缓解和资源回收提供了一种可持续策略。Carpobrotus edulis是一种入侵物种，目前在地中海型生态系统中通过人工清除进行管理，代表了开发植物源生物刺激剂（biostimulants）的未被充分利用的生物活性化合物来源。本研究评估了从入侵自然区域清除的入侵生物质中获得的C. edulis叶片水丙酮提取物，提高番茄（cv. Moneymaker）产量和果实品质的功效。在温室中种植的植物在坐果期被喷洒提取物或对照处理，一周后给予一次加强剂量。研究人员评估了果实产量、成熟度以及收获时的果实感官品质。此外，还评估了采前处理对采后番茄成熟速率及其品质的影响。结果表明，C. edulis提取物（水杨酸（SA）和褪黑素（melatonin）的天然来源）的生物刺激剂应用增加了每株植物的果实数量，并显著加速了藤上成熟，而不损害收获时或采后成熟后的果实品质。此外，讨论了该提取物作为生物刺激剂在实际应用中的优势、限制和缓解策略。这些发现强调了C. edulis生物质作为开发生物刺激剂的宝贵资源的潜力，将环境管理废物转化为高价值的农业投入品。

**研究背景**
入侵植物物种对全球生物多样性构成主要威胁，并导致显著的经济损失和管理成本。Carpobrotus edulis（一种原产于南非的克隆性入侵植物，又称“冰叶日中花”）在地中海型生态系统中通过改变土壤性质、生物多样性和群落结构造成严重威胁，目前主要通过人工清除整个生物质进行管理。然而，长期根除极为困难，且清除后遗留的生物质常被废弃或焚烧，导致资源浪费和潜在的环境问题（如土壤侵蚀）。在循环经济框架下，将入侵植物废物转化为高价值农业投入品（如生物刺激剂）是一种可持续策略，但这一领域尚未充分探索。番茄（Solanum lycopersicum）作为全球重要的园艺作物，其产量和品质的提升一直是研究热点。本研究旨在评估C. edulis叶片提取物作为生物刺激剂对番茄产量和果实品质的影响，探索将入侵植物废物转化为生物刺激剂的可行性，为入侵物种管理和农业可持续发展提供双重策略。该论文发表在《Plant Science》。

**关键技术方法**
研究人员从西班牙巴塞罗那Vallirana（加夫拉自然公园附近）的入侵自然区域手动采集C. edulis克隆分株，模拟遏制策略（仅清除边缘分株）。将叶片分离、干燥、研磨成粉末，用80%水丙酮溶液（1:40，v/w）室温搅拌提取24小时，过滤后旋转蒸发浓缩。将0.7克干提取物溶于1升蒸馏水（含0.1% Tween 20）作为应用溶液。番茄（cv. Moneymaker）种子播种后，在温室中种植，于坐果期（2025年2月4日）进行全叶面喷施（提取物或对照），一周后加强一次。主要技术包括：果实产量和成熟度每周记录；采后成熟实验（收集成熟绿果，室温储存20天）；颜色测量（CIE L*a*b*和色调角）、果实硬度（PCE-FM200数字硬度计）、可溶性固形物（TSS，°Brix/g FW）、可滴定酸度（TA，g柠檬酸/g FW）的测定；提取物矿物组成（ICP-OES和ICP-MS）和激素谱（UHPLC/ESI-MS/MS）分析。

**研究结果**
**3.1 C. edulis提取物促进番茄产量并加速藤上果实成熟**
通过每周统计果实数量和红熟果实百分比，并采用双因素方差分析（ANOVA）比较处理和时间效应，发现C. edulis提取物处理组的每株果实总数显著高于对照组，且红熟果实百分比也显著增加，表明提取物不仅提高了果实产量（每株果实数），还加速了藤上成熟。提取物中仅检测到K、Mg和Ca（浓度分别为29.14、16.61和7.88 μg/mL），但含量远低于常见肥料；而激素谱分析显示提取物中含有水杨酸（SA，3.28 ng/mL）和褪黑素（melatonin，2.71 ng/mL），这些生物活性化合物在纳摩尔浓度下即可触发植物反应，可能是促进产量和成熟的主要因素。

**3.2 C. edulis提取物处理不影响收获时和采后番茄品质**
通过测量收获时红熟果实的重量、直径、硬度、TSS、TA及TSS/TA比值，并采用单因素ANOVA分析，发现处理组与对照组之间无显著差异，表明提取物未损害果实品质。在采后成熟实验中，通过监测色调角、a*指数、果实失重率、硬度及TSS、TA等指标，发现处理组与对照组之间也无显著差异，表明采前应用提取物不影响采后成熟速率和品质属性。

**讨论与结论**
讨论部分总结了C. edulis提取物作为生物刺激剂的优势：利用天然生物活性化合物（避免了合成激素的高成本和潜在毒性），符合循环经济和欧盟绿色协议目标，且原料成本低（来自入侵植物清除的废物）。但存在规模化挑战，如提取溶剂的环境足迹、植物材料化学成分的环境变异、以及防止种子和繁殖体扩散的风险。缓解策略包括：优先使用低影响溶剂（如水或高稀释溶剂）、优化提取工艺（如亚临界水萃取）、在非结实季节采集、并保持现有入侵物种法规以禁止栽培。
**结论（翻译）：**
本研究提出了一种可行的循环经济方法，用于管理入侵植物物种Carpobrotus edulis，其叶片提取物对番茄产量表现出生物刺激作用。确实，C. edulis提取物的应用提高了番茄产量并加速了藤上果实成熟，且不损害收获和采后条件下的果实感官品质。将这种资源再利用扩展到实际应用是实现将这种生态废物负担成功转化为高价值农业资源的关键未来方向。尽管需要进一步研究阐明作用机制，但这些发现证明了C. edulis提取物作为可持续生物刺激剂的潜力，支持入侵物种管理和农业生物基产品开发的双重策略。