骆驼尿作为天然生物刺激素用于种子引发在炎热干旱条件下增强簇豆的生长、生理和产量

《Journal of Agriculture and Food Research》：Camel urine as a natural biostimulant for seed priming enhances growth, physiology, and yield of clusterbean under hot arid conditions

　　

干旱生态系统受到降雨不稳定和高温的限制，导致作物建立不良和生产力低下。使用天然生物刺激素（biostimulant）进行种子引发（seed priming）可以增强早期建立和胁迫恢复能力。本研究探索了将骆驼尿重新用作一种新型、成本效益高的天然种子引发剂用于生长调节，将一种潜在有用的废物转化为可持续资源，以改善炎热干旱条件下的作物表现。初步实验使用不同浓度（0–100%）和浸泡时间（1–4小时）标准化了种子引发方案。使用未稀释的骆驼尿进行2小时种子引发显著改善了簇豆（clusterbean）的发芽、根-芽生长和幼苗活力。基于这些发现，在簇豆（品种RGC-936）上进行了田间试验，将骆驼尿与常用的种子引发剂（包括硫脲（thiourea）、水杨酸（salicylic acid）、KNO₃和K₂SO₄）进行比较。与未处理和经水引发的种子相比，骆驼尿引发显著改善了植物生长、水分状况、产量性状、种子产量（比非引发高约10%）、水分利用效率（water-use efficiency）和饲草品质（fodder quality）（比对照高10–14%）。这些发现表明，骆驼尿作为一种新型、生态高效且当地可获得的生物刺激素/生长调节剂（growth regulator），在干旱环境下改善簇豆生产力方面具有相当大的潜力。该方法还提供了一种可持续的方式，利用未充分利用的牲畜副产品于气候适应性农业（climate-resilient agriculture）。

**论文解读：骆驼尿作为天然生物刺激素用于种子引发在炎热干旱条件下增强簇豆的生长、生理和产量**

**研究背景与问题**
干旱生态系统面临降雨不稳定和高温胁迫，导致作物出苗差、建植难、生产力低下。种子引发（seed priming）是一种通过预播种水合处理提高发芽和幼苗活力的技术，但传统化学引发剂（如硝酸钾、水杨酸、硫脲）成本高，且对边缘农户不易获取。骆驼尿（camel urine）在民族医学中已知具有抗菌和滋补特性，富含尿素、肌酐、电解质及生物活性成分，可能作为天然生物刺激素（biostimulant）促进作物生长。然而，骆驼尿通常被丢弃或积累在畜栏周围，造成养分负荷和氮挥发等环境问题。此前尚无研究科学探索骆驼尿作为种子引发剂在作物生产中的潜力，尤其是在最佳引发方案及其对作物生理生化功能的影响方面。因此，本研究旨在（i）标准化骆驼尿引发的最佳浓度和浸泡时间，（ii）评估其对簇豆（clusterbean, *Cyamopsis tetragonoloba*）在干旱条件下发芽、生理生化响应、产量及饲草品质的影响，（iii）将其与常用化学引发剂进行比较。研究人员假设骆驼尿种子引发可通过其独特的养分组成和天然生物活性成分改善作物建植、生理表现和生产力，并可能优于传统引发剂。该工作为可持续牲畜废物管理、气候智能型农业和资源循环利用提供了创新整合步骤，发表在《Journal of Agriculture and Food Research》。

**关键技术方法**
骆驼尿样本来自印度ICAR国家骆驼研究中心（ICAR-NRCC, Bikaner）的成年雄性单峰骆驼（*Camelus dromedarius*），无菌采集后混合以减少个体差异，过滤后于4°C保存。盆栽实验在完全随机设计（CRD）下进行，首先评估不同浓度（0%、25%、50%、75%、100%）和浸泡时间（1、2、3、4小时）对发芽和幼苗活力的影响。田间实验在随机区组设计（RBD）下进行，簇豆品种为RGC-936，在雨养条件下播种，处理包括：100%骆驼尿（未稀释）引发2小时，以及硫脲（500 ppm）、水杨酸（100 ppm）、KNO₃（1%）、K₂SO₄（1%）引发，同时设水引发和未处理对照。主要测量指标包括：发芽率、幼苗非结构性碳水化合物（NSC）含量、生长参数（干物质积累量DMA、叶面积指数LAI、作物生长率CGR、相对生长率RGR、净同化率NAR）、水分关系参数（相对含水量RWC、膜稳定性指数MSI、叶水势Ψ_leaf）、光合色素（叶绿素、类胡萝卜素）、抗氧化酶活性（超氧化物歧化酶SOD、过氧化氢酶CAT、过氧化物酶POX）、丙二醛（MDA）含量、脯氨酸积累、氮同化相关指标（叶氮含量、结瘤数、硝酸还原酶活性NRA）、瓜尔胶（guar gum）含量、产量性状（荚长、每株簇数、每荚种子数、百粒重）、种子产量、水分利用效率（WUE）及饲草品质参数（粗蛋白CP、粗纤维CF、中性洗涤纤维NDF、酸性洗涤纤维ADF、体外干物质消化率IVDMD、灰分）。数据采用方差分析（ANOVA）和最小显著差异（LSD）检验（P ≤ 0.05）。

**研究结果**

**3.1 骆驼尿特性**
骆驼尿呈弱碱性（pH 8.40），电导率较高（2.35 dS m^-1），表明中等盐度；尿素含量显著（20.45 mg mL^-1），总氮、磷、钾水平充足，并含有可测量的生长素、细胞分裂素和赤霉素（含量分别为3.60、1.85、2.70 μg mL^-1），显示出刺激植物生长的潜力。

**3.2 实验1：盆栽实验**
**3.2.1 骆驼尿稀释对簇豆发芽和NSC含量的影响**
不同稀释度的骆驼尿种子引发显著影响发芽率和非结构性碳水化合物（NSC）含量。未稀释（100%）骆驼尿处理显著优于所有稀释处理，与纯水引发（100%稀释）相比，发芽率和NSC含量分别提高25.1%和68.5%。

**3.2.2 种子引发时间对簇豆发芽的影响**
浸泡时间显著影响发芽率，发芽率随浸泡时间增加至2小时达到峰值，之后（3小时和4小时）无显著提高。与1小时浸泡相比，2小时引发使60小时后发芽率平均提高57.3%。

**3.3 实验2：田间实验**
**3.3.1 骆驼尿种子引发对簇豆生长属性的影响**
所有种子引发处理均显著影响干物质积累（DMA）、叶面积指数（LAI）、作物生长率（CGR）、相对生长率（RGR）和净同化率（NAR），骆驼尿处理表现最优，其次为钾基处理（K₂SO₄ 1%和KNO₃ 1%）。骆驼尿引发使DMA在各生长阶段平均比对照高约65%；LAI达0.79，显著高于对照（0.41）和水引发（0.49）；CGR、RGR和NAR分别比对照提高约73%、38%和59%。

**3.3.2 骆驼尿种子引发对簇豆水分关系参数和光合色素的影响**
骆驼尿引发在45、60、75天时记录到最高的相对含水量（RWC，75–86%）、膜稳定性指数（MSI，58–69%）、叶绿素和类胡萝卜素含量，以及最不消极的叶水势（Ψ_leaf，–1.53至–1.76 MPa）。对照的RWC为58.2–72.6%，Ψ_leaf为–1.82至–2.15 MPa。K₂SO₄和KNO₃处理也表现出中等改善。

**3.3.3 骆驼尿种子引发对簇豆生化参数的影响**
骆驼尿引发显著提高了抗氧化酶活性：SOD（6.38 U mg^-1蛋白）、CAT（3.42 μmol H₂O₂ min^-1 mg^-1）、POX（0.69 ΔOD min^-1 mg^-1），均高于其他处理。丙二醛（MDA）含量在骆驼尿处理下显著降低至3.21 μmol g^-1 FW（对照为4.52 μmol g^-1 FW），减少了约29%。脯氨酸积累在各阶段均以骆驼尿处理最高（75天时达3.91 μmol g^-1 FW），表明渗透调节增强。

**3.3.4 骆驼尿种子引发对簇豆氮同化和瓜尔胶含量的影响**
骆驼尿引发使叶氮含量（2.86%）、结瘤数（39.7）、结瘤鲜重（278.1 mg）和干重（63.8 mg）、硝酸还原酶活性（NRA，94.3 μmol NO₂^- g^-1 FW h^-1）及瓜尔胶含量（30.3%）均显著高于其他处理。氮同化指标比对照提高40–60%，比常用生长调节剂提高5–15%。

**3.3.5 骆驼尿种子引发对簇豆干饲草品质的影响**
骆驼尿引发获得最高的根冠比（0.26 g/g）、粗蛋白（CP，12.93%）和体外干物质消化率（IVDMD，58.1%），以及最低的粗纤维（CF，25.1%）、中性洗涤纤维（NDF，52.7%）和酸性洗涤纤维（ADF，35.1%）。与对照相比，CP提高35.9%，NDF和ADF分别降低11.1%和14.8%。灰分含量也以骆驼尿处理最高（7.03%），表明总矿物质回收增加。

**3.3.6 骆驼尿种子引发对簇豆产量性状、产量和水分利用效率（WUE）的影响**
骆驼尿引发显著改善了所有产量构成因素：荚长5.91 cm、每株簇数10.1、每荚种子数8.7、百粒重3.24 g，种子产量达1126 kg/ha，比对照提高14.7%，并优于所有其他处理。水分利用效率（WUE）以骆驼尿处理最高（4.76 kg ha^-1 mm^-1），其次为KNO₃和K₂SO₄。

**3.3.7 主成分分析（PCA）**
主成分分析（PCA）显示，前两个主成分（PC1和PC2）解释了总变异的77.49%（PC1：65.85%，PC2：11.64%）。与产量、水分利用效率、干物质积累、膜稳定性指数和抗氧化酶活性相关的性状在PC1上呈高正载荷。PCA双标图清晰将骆驼尿处理与其他处理分离，表明其与改善的生理表现、抗氧化防御和生产力密切相关。

**总结讨论与结论**
讨论部分指出，骆驼尿引发的优越表现可能源于其协同效应：尿素及其他养分（K、P、Fe、Zn、Mn）提供早期营养支持；酚类化合物和微量元素刺激抗氧化酶活性，通过活性氧清除和渗透调节增强胁迫恢复力。骆驼尿作为天然可循环资源，具有成为干旱区域簇豆可持续种子引发剂的潜力。研究结论总结如下：骆驼尿种子引发通过增强发芽、生长、生理功能及产量和品质，有效缓解了干旱地区簇豆生产的不利影响。骆驼尿可作为一种生态友好、资源高效的生物刺激素，用于干旱环境下的簇豆生产。该研究揭示了骆驼尿补充合成/化学种子引发剂的潜力，为利用当地生物资源实现可持续作物生产开辟了新途径。然而，仍需在多种农业生态条件下验证其有效性，分析尿液化学和微生物组成，优化应用策略，阐明潜在生理和分子机制，并评估其长期农艺、环境和经济可持续性。