生物刺激素在盐胁迫下对豌豆（Pisum sativum L.）体外生化改善及其在原位条件下对生长、产量和品质影响的深入研究

《Discover Plants》：Insight into in-vitro biochemical amelioration by bio-stimulants under salt stress in pea (Pisum sativum L.) and impact on growth, yield and quality in-situ

　　

豌豆是全球最重要的豆类作物，因其经济效益高和生长周期短而备受重视。然而，日益加剧的土壤盐碱化通过降低生产力威胁着豌豆及其他作物。生物刺激素，如根瘤菌属（Rhizobium sp.）和海藻提取物，是施用于植物或根际以提升养分效率、养分吸收、作物品质及非生物胁迫耐受性的化合物或微生物。但其在促进豌豆生长、产量、品质及缓解盐胁迫方面的联合功效尚未得到充分探索。本研究旨在探究在自然田间条件及体外（in-vitro）条件下，根瘤菌接种与海藻提取物施用的联合效率。试验于2023–24年度的拉比（rabi）季节进行。在盐胁迫下的实验室条件下，研究人员应用了五种生物刺激素处理：对照、NaCl（100 mM）、NaCl + 豌豆根瘤菌（Rhizobium leguminosarum, RZ）、NaCl + 海藻提取物（泡叶藻 Ascophyllum nodosum, SWE），以及NaCl + RZ + SWE。而在自然条件下的田间试验中，则采用了如下处理：对照、NPK（推荐施肥量, RDF）、RDF + RZ、RDF + SWE，以及RDF + RZ + SWE。盐胁迫显著降低了生理和萌发参数、蛋白质含量及光合色素，同时增加了脯氨酸、丙二醛、过氧化氢、超氧阴离子水平及抗氧化酶活性，导致膜损伤、渗透胁迫、离子毒性（Na+ 和 Cl-）和氧化损伤，损害了实验室条件下的水分吸收和养分平衡。豌豆根瘤菌与海藻提取物的联合施用减轻了盐诱导的植物毒性，增强了萌发和生化参数。在田间条件下，联合生物刺激素处理改善了两个品种的生长、产量和品质性状，其中Punjab-89在受控和田间条件下均优于Arkel。这些发现强调了联合施用生物刺激素在缓解盐诱导的氧化胁迫和提高豌豆生产力方面的潜力，为增强作物生长、土壤健康及对非生物胁迫的抗性提供了一种长期策略。

论文解读：生物刺激素联合应用缓解豌豆盐胁迫的机制与田间效应

1. 研究背景与目的

豌豆（Pisum sativum L.）作为全球第二大重要豆类粮食作物，富含蛋白质（19–27%）、碳水化合物、矿物质及维生素，且具有固氮养地作用。然而，土壤盐碱化已成为制约其生产力的主要非生物胁迫因素之一。全球约有11.28亿公顷土地受盐害影响，仅印度就有672.7万公顷盐渍化土地。盐胁迫通过引发渗透胁迫、离子毒性（Na⁺和Cl^-积累）及氧化损伤（活性氧ROS过量产生），抑制种子萌发、破坏细胞膜结构、降低光合色素含量并扰乱养分平衡，最终导致豌豆减产。传统单一施用根瘤菌（Rhizobium leguminosarum, RZ）或海藻提取物（Seaweed Extract, SWE，源自泡叶藻 Ascophyllum nodosum）虽能部分缓解盐害，但其协同增效机制尚不明确。为此，研究人员提出假设：RZ与SWE的联合应用可能通过互补途径（RZ增强固氮与渗透调节，SWE提供矿物质与信号分子）更有效地缓解盐胁迫，并在田间条件下提升产量与品质。本研究旨在通过实验室盐胁迫模拟与大田自然条件双重验证，系统评估二者联用的生理生化基础及农艺效益。

2. 关键技术方法

研究采用双轨实验设计：

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  实验室盐胁迫实验：在完全随机设计（CRD）下，设置5种处理（蒸馏水对照、100 mM NaCl、NaCl+RZ、NaCl+SWE、NaCl+RZ+SWE），分别应用于两个豌豆品种（Arkel和Punjab-89）。RZ以每公斤种子25克的剂量拌种，SWE以3 ml/L浓度进行播种期浇灌及随后每2天一次的叶面喷施（持续20天）。盐胁迫通过每盆施加10 ml 100 mM NaCl溶液实现。20天后测定萌发率、形态指标及生化参数。
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  田间验证实验：在印度贾朗达尔DAV大学试验农场（砂壤土，微碱性）于2023–24年拉比季进行。采用随机完全区组设计（RCBD），设置5种处理（对照、NPK推荐施肥量RDF、RDF+RZ、RDF+SWE、RDF+RZ+SWE），小区面积3 m × 2 m，三次重复。RZ同样以25 g/kg种子拌种，SWE在播后30天和60天各进行一次叶面喷施（3 ml/L）。观测物候期、产量构成因子及品质指标。

3. 研究结果

3.1 盐胁迫下生物刺激素对萌发阶段的缓解效应

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  萌发参数：单独盐胁迫（T₂）使萌发率降至63.8%，萌发速率降至1.50。联合处理T₅（NaCl+RZ+SWE）将萌发率显著提升至97.2%，萌发速率增至4.00。品种间，Punjab-89的萌发表现优于Arkel。
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  形态参数：与盐胁迫相比，T₅使幼苗的株高（从15.9 cm增至21.8 cm）、根长（从4.2 cm增至8.5 cm）、鲜重（从0.66 g增至1.36 g）、干重（从0.09 g增至0.19 g）、相对含水量（从70.8%升至96.8%）及含水量（从82.2%升至92.2%）均显著提高。Punjab-89在多数形态指标上优于Arkel，但Arkel的根长更长。

3.2 生化参数的改善

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  光合色素：盐胁迫显著降低了叶绿素a、b、总叶绿素及类胡萝卜素含量。T₅处理将这些指标分别恢复至53.41、32.87、78.03和18.88 μg/g FW，远高于盐胁迫组。Punjab-89的光合色素含量更高。
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  氧化应激标志物：盐胁迫诱导了过氧化氢（H₂O₂）、超氧阴离子（O₂^•–）及丙二醛（MDA，膜脂过氧化产物）的大量积累，并提高了游离脯氨酸含量。T₅处理显著降低了这些指标（H₂O₂: 0.279 mg; O₂^•–: 41.27 μM; MDA: 2.25 μM; 脯氨酸: 1.97 mg），表明联合处理有效缓解了氧化损伤。
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  非酶促抗氧化剂：盐胁迫下总酚、总黄酮及抗坏血酸（AsA）含量下降。T₅处理将其分别提升至0.72 mg GAE/g FW、7.22 mg CE/g FW和10.27 mg/g FW。Arkel的总酚含量更高，而Punjab-89的黄酮和AsA含量更优。
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  蛋白质含量：盐胁迫使蛋白质含量降至7.17 mg/g FW，T₅处理将其显著提升至17.49 mg/g FW，接近甚至超过对照组。
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  抗氧化酶活性：盐胁迫诱导了超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、愈创木酚过氧化物酶（GPX）、谷胱甘肽还原酶（GR）及抗坏血酸过氧化物酶（APX）活性的代偿性升高。T₅处理有效降低了这些酶的过度激活（例如SOD从盐胁迫峰值降至0.029 μM），表明胁迫程度减轻。

3.3 田间条件下生物刺激素对物候、产量及品质的影响

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  物候参数：联合处理T₅（RDF+RZ+SWE）显著缩短了出苗天数（6.5天）、50%开花天数等，促进了早熟。Arkel品种的开花时间早于Punjab-89。
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  生长参数：T₅处理使株高（82.27 cm）、分枝数（16.83）和叶片数（70.50）均达到最大值。Punjab-89的生长势更强。
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  产量及产量构成：T₅处理在所有产量指标上表现最优，包括荚长（8.41 cm）、单荚重（6.84 g）、荚直径（1.80 cm）、脱粒率（35.06%）、每荚籽粒数（10.55）、单株荚数（18.17）、单株荚果产量（78.78 g）、小区产量（4.83 kg）及公顷产量（80.53 q）。Punjab-89的产量显著高于Arkel。
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  品质参数：T₅处理显著提升了叶绿素a、b、总叶绿素、类胡萝卜素、可溶性固形物（TSS, 15.98 °Brix）及抗坏血酸（24.94 mg）含量。Punjab-89的品质指标整体更优。

4. 讨论与结论

讨论总结：研究表明，盐胁迫通过渗透失衡、离子毒性和氧化爆发抑制豌豆萌发与生长。RZ作为根际促生菌（PGPR），可通过固氮、合成植物激素（如ABA诱导气孔关闭减少失水）及产生相容性溶质来维持细胞膨压；SWE富含的矿物质（Mg、Ca、Fe）和活性分子则能稳定光合机构、激活抗氧化防御系统。二者的联合应用产生了协同效应：一方面，RZ改善了根系微环境，促进了养分（尤其是氮素）吸收，为SWE诱导的代谢活动提供了底物；另一方面，SWE提供的信号分子可能增强了植物对RZ定殖的响应。这种协同作用体现在：更有效地降低ROS和MDA水平、保护光合色素、提升渗透调节物质（脯氨酸）和非酶抗氧化剂（酚类、黄酮、AsA）含量，从而在细胞层面缓解了盐害。田间结果进一步证实，在常规施肥基础上增施RZ和SWE，能够通过促进营养生长、优化产量构成（如增加单株荚数和单荚重）并改善品质（TSS和维生素C），最终实现增产提质。品种差异显示，Punjab-89在耐盐性和丰产性上优于Arkel。

研究结论：盐胁迫显著抑制了豌豆的萌发、生长、产量及品质，表现为光合色素降解、ROS和MDA积累、膜损伤及营养失衡。根瘤菌（R. leguminosarum）与海藻提取物（A. nodosum）的联合施用，在实验室条件下有效逆转了盐诱导的生理生化紊乱，提高了萌发率和幼苗活力；在田间条件下，该组合与推荐施肥量配合使用，显著促进了植株生长、提高了荚果产量（公顷产量达80.53 q）并改善了营养品质（如TSS和维生素C）。其中，Punjab-89品种表现出更强的适应性与生产潜力。这些发现证实了联合生物刺激素策略在缓解盐胁迫、提升豌豆可持续生产力方面的巨大潜力，为盐碱地豌豆栽培提供了一种环境友好的农艺措施。该论文发表于《Discover Plants》。