《Frontiers in Plant Science》：Combining non-microbial biostimulants and different application methods affects yield, antioxidant activity, nutritional and functional value of pea and arugula microgreens
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摘要
微型蔬菜被认为是营养和功能化合物的良好来源，为人类健康提供显著益处。生物刺激素被公认为一种可持续的工具，可用于促进蔬菜的生长和发育。本研究旨在评估植物蛋白水解物（protein hydrolysate, PH）和海藻提取物（seaweed extract
摘要
微型蔬菜被认为是营养和功能化合物的良好来源，为人类健康提供显著益处。生物刺激素被公认为一种可持续的工具，可用于促进蔬菜的生长和发育。本研究旨在评估植物蛋白水解物（protein hydrolysate, PH）和海藻提取物（seaweed extract, SWE）——通过种子引发（seed priming）或根部施用（root application）方式供应——对豌豆和芝麻菜微型蔬菜生产性能的影响。此外，研究人员还进行了部分预算分析（partial budget analysis），以评估施用生物刺激素的经济意义。与根部施用处理的对应组相比，水引发（hydropriming）和PH引发处理分别使豌豆微型蔬菜的产量提高了53.2%和33.3%。在两种物种中，与未施用生物刺激素的植物相比，SWE施用增加了硝酸盐含量，而PH供应则降低了硝酸盐含量，尤其当生物刺激素通过根部施用时更为显著[SWE，豌豆+26.6%；PH，豌豆-19.9%；SWE，芝麻菜+6.5%；PH，芝麻菜-24.3%]。与对照×根部施用（阴性对照）相比，生物刺激素与引发的组合使豌豆微型蔬菜的抗坏血酸（ascorbic acid）含量提高了20.9%；而在芝麻菜中，单独施用生物刺激素或单独进行引发均能显著改善上述参数。通过引发方式供应时，生物刺激素提高了豌豆微型蔬菜的总多酚含量（与单纯水引发相比，SWE+21.5%；PH+22.8%）；通过根部施用时亦有提升（与阴性对照相比，SWE+15.7%；PH+14.6%）。当PH和SWE通过引发方式供应时，芝麻菜微型蔬菜的总多酚含量增加（两种生物刺激素均较水引发提高+14.3%）。生物刺激素显著提高了抗氧化能力（DPPH），尽管施用方式对DPPH无显著影响。上述发现证实了生物刺激素在调节微型蔬菜品质特征方面的有效性。此外，部分预算分析强调，无论采用何种施用方式，使用这两种生物刺激素对豌豆而言均具有经济适用性，但对芝麻菜而言并非总是经济可行的。施用PH或SWE——尤其是通过根部施用——是提高豌豆和芝麻菜微型蔬菜营养和功能价值的适宜策略，有助于其作为人类食用新型食品的潜力开发。
论文解读：非微生物生物刺激素及施用方式对豌豆与芝麻菜微型蔬菜产量、品质和经济效益的综合调控效应
一、研究背景与研究目的
随着消费者对健康膳食需求的日益增长，微型蔬菜（microgreens）作为一类新兴的高附加值蔬菜产品受到广泛关注。微型蔬菜是在温室或室内栽培系统中生长的幼嫩幼苗，通常在第一片真叶期、株高3至9厘米时采收。相较于成熟蔬菜，豌豆（Pisum sativum L.）和芝麻菜（Eruca sativa Mill.）微型蔬菜富含类胡萝卜素、叶绿素及多种生物活性化合物，具有显著的抗氧化活性，被视为“超级食品”。
在欧洲绿色新政战略框架下，生物刺激素被认定为促进蔬菜生长和发育的可持续农艺工具。生物刺激素无论来源如何，均可通过刺激初级代谢、发挥类激素活性以及调节抗氧化系统来增强植物对逆境环境的适应性。然而，目前关于生物刺激素在微型蔬菜生产中的应用研究仍然有限，且已有研究多采用单一施用方式（如单独浸根或单独种子引发），缺乏对不同施用策略的系统比较。此外，微型蔬菜生育周期极短，可能对生物刺激素效应的稳定性构成挑战；而叶面喷施等传统方式可能导致幼嫩幼苗的机械损伤及终产品污染。基于此，研究人员假设：生物刺激素类型与施用方式之间的交互作用可能对微型蔬菜的生产性能产生差异化调控，且针对不同目标性状（产量或品质）存在最优的施用模式。本研究旨在系统评估两种非微生物生物刺激素——植物蛋白水解物（protein hydrolysate, PH）和海藻提取物（seaweed extract, SWE）——分别通过种子引发和根部施用两种方式，对豌豆和芝麻菜微型蔬菜产量、抗氧化活性、营养与功能价值及经济净收益的影响，以期为环境友好型微型蔬菜生产方案的制定提供科学依据。
二、主要研究技术与方法
本研究于2024年在意大利巴勒莫大学农业、食品与森林科学系（SAAF）的人工气候室内开展，采用LED光源提供300±15 μmol m?2 s?1的光合有效光子通量密度（PPFD），光周期为16小时光照/8小时黑暗，温度18±1°C，相对湿度70±10%。供试材料为豌豆品种Viridios和芝麻菜品种Matisse。实验设置两个试验因素：生物刺激素类型（PH和SWE）和施用方式（种子引发和根部施用），并设阴性对照（不引发、根部浇灌清水）和阳性对照（水引发）。每种处理重复3次，共18个试验小区。种子引发处理将种子分别在蒸馏水、PH溶液和SWE溶液中浸泡24小时；根部施用处理在播种一周后开始，每两天进行一次，共5次。微型蔬菜于播种后15天采收。研究测定了产量、干物质含量、矿质元素（P、K、Ca、Mg）含量、硝酸盐含量、抗坏血酸含量、总多酚含量、类黄酮含量、总糖含量、光合色素（叶绿素和类胡萝卜素）含量及DPPH自由基清除活性。此外，采用部分预算分析方法评估生物刺激素施用的经济可行性。
三、主要研究结果
1. 产量、干物质和矿质元素含量
豌豆微型蔬菜产量受生物刺激素类型与施用方式交互作用的显著影响，而芝麻菜产量无显著响应。水引发和PH引发处理获得最高产量（分别为530.9和529.3 mg cm?2），较根部施用对照提高53.2%和33.3%。豌豆干物质含量仅受施用方式影响，根部施用处理较引发处理高7.7%。磷浓度方面，豌豆在根部施用PH或SWE时获得最高值（8.67和8.60 g kg?1 dw），而芝麻菜磷浓度在根部施用处理下较引发处理提高5.5%。钾浓度在两种物种中均受生物刺激素和根部施用的正向调控。钙和镁浓度在豌豆中不受处理影响，而芝麻菜在根部施用PH或SWE时获得最高值。
2. 硝酸盐、抗坏血酸、总多酚、类黄酮和总糖含量
PH处理使豌豆和芝麻菜微型蔬菜硝酸盐浓度较阴性对照分别降低10.9%和8.8%，而SWE则显著提高硝酸盐含量；根部施用SWE使豌豆和芝麻菜硝酸盐浓度分别增加26.6%和6.5%。种子引发（PH或SWE）在豌豆中获得最高抗坏血酸含量（35.70和35.20 mg g?1 fw），较阴性对照×根部施用组合提高20.9%。PH和SWE引发使豌豆总多酚含量较阴性对照分别提高30.2%和28.0%，芝麻菜提高9.4%。类黄酮含量在两种物种中均受处理交互作用显著影响，豌豆以PH和SWE引发处理最高（3.68和3.73 mg quercetin g?1 dw），芝麻菜以根部施用PH或SWE最高（3.51和3.36 mg quercetin g?1 dw）。豌豆总糖含量在根部施用PH或SWE时显著提高，而芝麻菜总糖含量不受处理影响。
3. 叶绿素、类胡萝卜素、总叶绿素/类胡萝卜素比值和DPPH
豌豆总叶绿素含量不受处理交互作用影响，但受施用方式和生物刺激素主效应的正向调控，根部施用较引发提高6.3%；芝麻菜总叶绿素在根部施用PH或SWE时最高（91.6和91.2 mg 100 g?1 fw），阴性对照最低。豌豆类胡萝卜素含量受引发处理和生物刺激素施用正向调控；芝麻菜类胡萝卜素在PH或SWE引发时获得峰值（19.4和19.1 mg 100 g?1 fw）。豌豆总叶绿素/类胡萝卜素比值仅受施用方式影响，根部施用显著提高该比值；芝麻菜该比值在PH或SWE引发时最高。两种物种的DPPH值不受施用方式影响，但生物刺激素施用较对照显著提高了DPPH自由基清除活性。
4. 部分预算分析
经济评估显示，豌豆微型蔬菜生产中，水引发和PH引发的附加净收益最高（656.75和652.82 EUR/m2），其余处理也均呈现正收益（SWE引发534.12 EUR/m2，PH根部施用211.53 EUR/m2，SWE根部施用488.40 EUR/m2），表明豌豆生产中施用生物刺激素无论采用何种方式均在经济上可行。芝麻菜方面，水引发附加净收益最高（64.25 EUR/m2），PH根部施用次之（32.48 EUR/m2），而PH引发（-28.83 EUR/m2）和SWE根部施用（-131.14 EUR/m2）则出现负收益，说明芝麻菜生产中施用生物刺激素的经济可行性因处理而异。
四、结论总结与意义
本研究表明，生物刺激素（PH和SWE）施用显著提高了两种微型蔬菜的磷、钾、抗坏血酸、总多酚、类黄酮、总叶绿素含量及DPPH抗氧化能力。种子引发提高了豌豆产量但对芝麻菜产量无显著影响，同时引发了类黄酮和类胡萝卜素的合成积累。SWE提高硝酸盐含量而PH降低芝麻菜硝酸盐含量。总体而言，种子引发方式主要促进抗坏血酸、总多酚、类黄酮和类胡萝卜素的积累，而根部施用则显著提升矿质元素浓度、总糖、总叶绿素和总叶绿素/类胡萝卜素比值。经济分析表明，两种生物刺激素对豌豆而言无论施用方式如何均具有经济可行性，而芝麻菜在PH引发或SWE根部施用时出现负收益。本研究为微型蔬菜生产中生物刺激素的精准施用策略提供了理论依据，并为进一步开展组学层面的机制研究奠定了基础，对推动微型蔬菜作为新型功能食品的产业化发展具有重要意义。
