螺旋藻多糖的制备、生物活性鉴定及提高小白菜抗盐胁迫效应研究

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过量化肥及农药施用引起的农业面源污染不仅严重损害土壤环境,而且制约着农作物生产效率及农产品的安全性。为建立有效解决方案,诸多研究聚焦于环境友好型植物生物刺激素的研发及应用,以期提高农作物产量、营养品质和植物抵御生物及非生物胁迫的能力。丰富多彩的光自养微藻是研发新型植物生长刺激素的优异生物资源。已规模化生产的螺旋藻(Spirulina),含有丰富的功能性蛋白质和碳水化合物,藻细胞耐碱性极强。螺旋藻多糖(polysaccharides from Spirulina platensis,PSP)被证明具有降血糖、抗病毒、抑菌和抗炎等生理活性,是否可以制备成高效生物刺激素而应用于农业生产还未见报道。为此,本研究优化螺旋藻多糖萃取及其降解产物制备技术体系,以广为食用的小白菜为试材,进行水培及盐胁迫试验,探究螺旋藻多糖及其降解产物是否能作为一种新型植物生物刺激素,提高农作物产量、品质及耐非生物胁迫的能力。主要研究结果如下:1、选用课题组分离纯化得到的一株品种优异的螺旋藻藻株Sp-SX07为材料,利用碱液热提法制备螺旋藻多糖,选取温度、时间、料液比和Na OH浓度四个因素,通过单因素试验确定三个水平,采用L9(34)正交试验设计方法,进行四因素三水平正交试验,建立了螺旋藻多糖提取条件最优参数,即螺旋藻藻粉与浓度为4%的Na OH溶液以1:25比例混合,水浴温度80°C下提取150 min。应用此优化条件可使多糖萃取率达到5.036%。2、利用盐酸降解多糖的方法对提取的螺旋藻多糖进行降解,检测盐酸浓度、降解时间和降解温度三个因素对其降解的效果。通过薄层色谱法分析,最终确定多糖的最佳降解条件为:0.1 mol/L的HCl,温度80°C下降解5 h。3、对获得的螺旋藻多糖及其降解产物进行体外抗氧化活性评价,检测它们对自由基的清除能力、K3Fe(CN)6的还原力以及抑制脂质过氧化能力。结果显示,螺旋藻多糖及其降解后的产物都具有较好的体外抗氧化能力,且降解产物抗氧化能力更高,对DPPH自由基的清除率达到75.63%,超氧阴离子自由基的清除率为61.08%,对K3Fe(CN)6的还原能力也高于同等浓度的螺旋藻多糖,脂质过氧化抑制率亦达到61.63%。4、在水培条件下探究了不同浓度螺旋藻多糖及其降解产物是否能作为一种生物刺激素提高‘奶油四季小白菜’(pakchoi,Brassica chinensis L.)的生长和抗盐性。生理生化检测显示,Na Cl(5g·L-1)胁迫显著降低了小白菜地上部和地下部的鲜重,且造成严重的生理伤害。水培液中添加螺旋藻多糖或螺旋藻多糖降解产物均增加小白菜地上部和地下部的鲜重。这两种外源物质的添加提高了小白菜体内超氧化物岐化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)的活性,增加了植株抗坏血酸、类胡萝卜素和脯氨酸含量,显著降低了小白菜体内MDA和H2O2含量。尤其是低浓度(40 mg·L-1)的螺旋藻多糖降解产物作用效果更强。可见,螺旋藻多糖及其降解产物可通过提高盐胁迫下小白菜体内抗氧化酶活性、具有抗氧化能力的非酶类物质含量以及积累渗透调节物质,有效清除过量的H2O2,进而缓解氧化损伤,提高了小白菜抗盐胁迫的能力。本研究建立了螺旋藻多糖及其降解产物的制备工艺,获得了螺旋藻多糖和多糖降解产物,通过体外试验,证明了螺旋藻多糖及其降解产物具有体外抗氧化的能力。然后利用小白菜抗盐胁迫试验,评价螺旋藻多糖及其降解产物对植株内源抗氧化活性的影响,验证其提高植物耐非生物胁迫机制的表达。证明了微藻多糖作为一种环境友好型生物刺激素在农业上具有广泛的应用价值。这为绿色、安全的高附加值蔬菜瓜果的高效生产提供新的生物刺激素和科学参考。
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