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海藻功能物质的主要生物活性
栏目:科普知识 发布时间:2021-02-01
海藻是重要的海洋生物资源,富含多糖及糖胶类物质、寡糖、多酚、植物激素、色素等众多活性物质,具有促进植物生长与生殖,提高农作物产量及品质、提供养分、保水保湿、増强植株抗病抗逆等活性,在农业生产中发挥肥料、农药、保湿剂、激发子和激素调节因子等作用。

摘要:  海藻是重要的海洋生物资源,富含多糖及糖胶类物质、寡糖、多酚、植物激素、色素等众多活性物质,具有促进植物生长与生殖,提高农作物产量及品质、提供养分、保水保湿、増强植株抗病抗逆等活性,在农业生产中发挥肥料、农药、保湿剂、激发子和激素调节因子等作用。就海藻功能物质在农业生产中应用进行综述,详细阐述了海藻功能物质的种类、提取方法及主要作用,并对其在农业生产上的应用及开发前景等进行了分析,为进一步开发海藻物质的功能并拓展应用领域提供参考。

海洋藻类是海洋生物资源重要的组成部分,是海洋中无机物的天然富集者和有机物的最大生产者。藻类生长速度快、结构简单、适应能力强,其中还含有大量陆地生物所缺乏的生物活性物质。大型海藻种类繁杂,数量众多,其中海带、紫菜、江蓠、羊梄菜和浒苔等作为优质食品和重要的化工原料被广泛地应用于食品、化工和医药等领域,具有重要的经济价值。
研究发现海藻中除了含有丰富的氨基酸、维生素、蛋白质和矿物质等常见营养物质外,还含有植物激素、多酚、寡糖、多糖及糖胶等具有独特调节功能的活性物质。随着有机农业、绿色农业意识的深化,海藻功能物质作为高效环保的新型农业肥料,能够同时满足减少农药和肥料使用以及增产保质的需求,成为新型农药和肥料的研究热点。
我国海藻栽培业发达,藻体本身、藻类加工的中间产物或废弃物,海藻潮产生的大量藻类,均可作为海藻功能物质的开发原料。与传统的化学药剂和其他陆源提取物相比,藻类功能物质的开发利用,不仅更加安全环保,补充了陆源产品缺乏的生物功能,利于高品质农作物的绿色生产,还延伸和提升了藻类产业链,成为水产养殖反哺农业的有效尝试和重要发展方向。

 

1.促进植物生长


海藻活性物质作为植物的生长调节剂是目前该领域的开发热点之一。
Ma[1]等通过研究表明,0.125%的褐藻胶寡糖可提高高粱种子的发芽率,促进其幼苗生长;而浓度为0.0625%褐藻胶糖在经浸种处理后会促进高粱叶中叶绿素的合成,提高根系的活力。
Anisimov[2]等利用多种海藻提取物处理黑麦种子,促进根长增长率达15%以上,指出只需施用少量的海藻提取物便可以达到促进植株根系生长的目的。
刘培京[3]用不同浓度的海藻提取液对黄瓜、番茄、辣椒3种蔬菜种子进行浸种处理和盆栽试验,发现使用稀释200倍和400倍海藻提取液的3种蔬菜幼苗的根长、株高、株鲜重、株干重、叶绿素含量和叶面积等指标均显著高于对照组。 

2.促进生殖及产量


海藻提取物具有剌激作物提前开花,提高植物坐果率的作用。 
Sridhar[4]等人发现不同稀释倍数的海藻提取物处理花生能够显著提高花生产量,最高增产可达约1.4;并且将海藻肥和化学肥料进行等比例混合使用后,不仅能够减少化肥的用量,而且还能获得较高的产量。
Kumari[5]等以马尾藻( Sargassum)提取液作为液体生物肥料,对西红柿做叶面喷施、根施以及叶面喷施根施等同时施用,发现3种处理均能促进西红柿的生殖生长及营养生长,尤其是进行根施处理的植株在鲜重、株高、开花数目及果实鲜重等方面的改善最为显著。
Rathore[6]等利用海藻提取液喷施大豆叶面,发现不同浓度的海藻提取物对大豆的生殖指标和产量参数均有促进作用,且以浓度为15%和12.5%的海藻提取物效果最好,而且大豆在营养含量上也有显著提高。 

3.增强作物抗病毒能力


海藻功能物质能够剌激作物体内某些基因的表达和代谢途径,促使植物自身产生防御性应激反应,从而释放多种酶及多酚类等功能因子,并诱导其产生抗病性。
Javaraman[7]等发现喷施适量的海藻提取物后能明显降低黄瓜真菌病的发病率,尤其是对叶面和根部同时使用时抑病效果更加明显;同时检测到经海藻提取物处理的黄瓜,不但能增强多种防御相关酶的活性,而且其防御基因(包括几丁质酶、葡聚糖酶、过氧化物酶和苯丙氨酸氨裂解酶等)的表达也发生了很大变化。
Sultana[8]等在实验中发现海藻粗提取物能够降低西红柿和向日葵等植株的根系感染腐烂真菌的概率,并有效地抑制真菌或虫害对根系的附着和渗透能力。
Paulert[9]等利用海藻粗提取物中的硫酸化多糖处理普通豆科植物,发现粗提取物喷施豆类后,叶面干重增加了20%,在不影响植物生长的前提下,将豆类炭疽病的发病程度减轻了38%,说明海藻提取物可诱导植物产生抗病性。

4.提高作物的抗逆性能


海藻功能物质能够通过诱导植株产生抗性物质来缓解或抵抗逆境造成的危害,起到调控作物生长的作用[10]
Zhang[11]等研究了0.4%褐藻胶寡糖能够缓解毒死蜱对小麦产生的生理胁迫并增加植株抗性,发现海藻寡糖处理浓度与作物细胞膜的通透性、脯氨酸以及可溶性糖含量呈现明显的正相关。
Ibrahim[12]等发现:在盐胁迫条件下,经海藻提取物处理的小麦种子的萌发率和生长参数显著高于对照,植物体内过氧化氢酶、超氧化物歧化酶、抗坏血酸过氧化物酶及谷胱甘肽还原酶等酶类活性强,同时小麦幼苗的总蛋白图谱中出现12条新増条带,推断这些变化是源于海藻提取物所诱导小麦产生的减缓盐胁迫的应激反应。


5.保水、保鲜及改善品质


海藻含有的大量糖类及其衍生物,不仅能抵抗一些不利因素、促进生长增殖,还具有可观的保水保鲜及改善品质的作用。
周研[13]等发现海藻酸钠和壳聚糖复合涂膜对哈密瓜具有良好的保水保鲜效果,都能降低瓜果的失重率,维持较高的硬度和VC含量,提高一些酶的活性,并抑制果肉中细菌的繁殖。
Olivas[14]等将藻酸盐-亚油酸制成复合保鲜涂膜液,于常温贮藏条件下,涂覆于“Gala”苹果表面,使其在表面形成一层保护膜,不仅保持果实外观透亮、明艳,而且能够有效地抵抗微生物等不利因素对果实的侵害,延缓果实腐烂及变质程度,减少果实重量、硬度及营养物质的损失;此外该复合膜还有良好的气体选择透过性,可抑制苹果的呼吸作用,有效地增强了果实的保水保鲜性能,从而延长“Cala苹果的贮藏期。

 


目前,对海藻及其功能提取物的功能研究多涉及产量、品质和表观性状分析等,关于其作用的分子机理和调控机制等方面研究有待进一步突破。

 

参考文献:

[1] MA C Y, NING B, MA L J. Effects of alginatederived oligosaccharide on seed germination and seedlings physiological characters of sorghum[J]. Journal of Shenyang Normal University (Natural Science), 2010, 28(1): 79-82.

 

[2] ANISIMOV M M, CHAIKINA E L, KLYKOV A G, et al. Effect of seaweeds extracts on the growth of seedling roots of buckwheat ( Fagopyrum esculentum Moench ) is depended on the season of algae collection [J]. Agric Sei Develop, 2013, 2(8): 67-75.

[3]刘培京新型海藻生物有机液肥研制与肥效研究[D]. 北京:中国农业科学院,2012

[4] SRIDHAR S, RENGASAMY R. Significance of seaweed liquid fertilizers for minimizing chemical fertilizer and improve yield of Arachis hypogaea under field trial [J]. Rec Res Sci Tech, 2010, 2(5): 73-80

[5] KUMARI R, KAUR I, BHATNAGAR A K. Effect of aqueous extract of Sargassum johnstonii, Setchell & Gardner on growth, yield and quality of Lycopersicon esculentum, Mill[J]. Journal of Applied Phycology, 2011, 23(3):623-633.

[6] RATHORE S S, CHAUDHARY D R, BORICHA G N, et al. Effect of seaweed extract on the growth, yield and nutrient uptake of soybean (Glycine max) under rainfed conditions [J]. South African Journal of Botany, 2009, 75(2): 351-355

[7] JAYARAMAN J, NORRIE J. PUNJA Z K. Commercial extract from the brown seaweed Ascophyllum nodosum reduces fungal diseases in green- house cucumber[J]. Journal of Applied Phycol, 2011, 23(3): 353-361.

[8] SULTANA V, BALOCH G N, ARA J, et al. Seaweeds as an alternative to chemical pesticides for the management of root diseases of sunflower and tomato[J]. Journal of Applied Botany&Food Quality, 2011, 84(2):162-168

[9] PAULERT R, TALAMINI V, CASSOLATO J E F, et al. Effects of sulfated polysaccharide and alcoholic extracts from green seaweed Ulva fasciata, on anthracnose severity and growth of common bean (Phaseolus vulgaris, L. )[J]. Journal of Plant Diseases and Protection, 2009, 116(6):263-270

[10]余劲聪海藻寡糖在农业领域的应用研究进展[J].南方农业学报,2016, 47(6): 921-927

[11]ZHANG S D, ZHANG T Z, HAN X D, et al. Alleviation effects of spraying alginate-derived oligosaccharide on physiological indexes of wheat seedlings under chloryrifosstress[J]. Chinese Journal of Ecology, 2015, 34(5): 1277-1281.

[12]IBRAHIM W M, ALI R M. HEMIDA K A, et al. Role of ulva lactuca extract in alleviation of salinity stress on wheat seedlings[J]. Scientific World Journal, 2014, 2014: 847290

[13]周研,曾媛媛,王锡昌,等