ekofertile与microfertile植物生物刺激剂提升小麦生产力及水分利用效率的机制研究

《Scientific Reports》：ekofertile and microfertile plant biostimulants enhanced wheat productivity and water use efficiency

本研究针对现代农业过度依赖合成农化品引发的环境问题，开展了ekofertile与microfertile生物刺激剂对小麦生产力及水分利用效率(WUE)影响的温室控制实验。通过裂区设计发现10%浓度的ekofertile生物刺激剂可显著提升小麦分蘖期总叶绿素含量(3.05 mg/g)和籽粒产量(10.4 t ha-1)，水分利用效率达3553 g mL-1，为合成肥料提供了可持续替代方案。

　　

随着现代农业对合成农化品的过度依赖引发的环境问题日益严重，开发可持续的农业投入品已成为当务之急。生物刺激剂作为能够促进作物生长、提高抗逆性的天然或衍生物质，近年来受到广泛关注。其中，由斯洛伐克ekolive公司通过创新生态生物浸出技术生产的ekofertile和microfertile植物生物刺激剂，因其含有丰富的营养物质、有机酸和有益微生物而显示出巨大潜力，但其对小麦生理和农艺性状的影响机制尚未明确。

为填补这一研究空白，Ondokuz Mayis大学David Tavi Agbor团队在《Scientific Reports》发表了最新研究成果。研究采用裂区实验设计，系统评估了两种生物刺激剂（ekofertile和microfertile）在五个处理水平（对照、无机施肥、2.5%、5%和10%浓度）下对小麦光合特性、产量构成和水分利用效率的影响。实验在土耳其萨姆松的温室中进行，使用30个实验单元，每单元种植15株小麦，通过定期叶面喷施生物刺激剂并监测土壤水分动态。

Sole和交互作用对小麦叶绿素含量的影响

研究发现生物刺激剂类型对叶绿素合成具有显著调控作用。在分蘖期，ekofertile处理的叶绿素a（2.12 mg/g）和类胡萝卜素（0.43 mg/g）含量显著高于microfertile，总叶绿素含量高出2%（2.97 mg/g对2.81 mg/g）。至拔节期，ekofertile在叶绿素a（2.05 mg/g）、叶绿素b（0.88 mg/g）和类胡萝卜素（0.52 mg/g）方面仍保持优势，但两种生物刺激剂的总叶绿素含量无显著差异。处理浓度呈现明显剂量效应，10%浓度在分蘖期显著提升叶绿素a（2.17 mg/g）、叶绿素b（0.90 mg/g）和总叶绿素含量（3.05 mg/g），较对照增加22%。交互作用分析显示，ekofertile×10%组合在拔节期获得最高总叶绿素含量（3.03 mg/g），表明最佳处理组合可协同增强光合色素积累。

对小麦产量和水分利用效率的调控

产量构成方面，ekofertile处理的籽粒产量（9.4 t ha^-1）、收获指数（41.5）和水分利用效率（3279 g mL^-1）均显著优于microfertile。10%处理水平的千粒重（74.1 g）、籽粒产量（10.4 t ha^-1）和生物产量（24.46 t ha^-1）达到峰值，水分利用效率（3553 g mL^-1）较对照提高41.5%。相关性分析表明，籽粒产量与分蘖期（r=0.8015）和拔节期（r=0.8079）总叶绿素含量呈强正相关，与水分利用效率（r=0.6548）显著相关，证实光合效能提升是产量增加的关键机制。

讨论与展望

本研究首次系统阐明了ekofertile和microfertile生物刺激剂通过多重机制协同提升小麦性能：其含有的镁（Mg）作为叶绿素卟啉环中心离子，直接促进叶绿素生物合成；有机酸和微生物代谢产物通过调节植物激素平衡和养分活化，增强根系发育和养分吸收；硅（Si）等组分通过调控水通道蛋白表达提高水分利用效率。10%浓度处理展现出最佳效果，且未出现抑制作用，说明该剂量处于效益峰值区间。

该研究为生物刺激剂在可持续农业中的应用提供了理论依据和实践方案。ekofertile因其更高的养分和微生物含量表现更优，特别在提升光合效率和水分利用方面优势明显。未来研究可进一步解析其分子作用机制，并开展大田验证试验，推动这类由采矿废弃物转化的生物刺激剂在农业碳中和中的规模化应用。