基于Limnospira indica PCC 8005的生物刺激剂在减轻非生物胁迫方面的应用，适用于太空和地球农业

《Plant and Soil》：Abiotic stress mitigation of Limnospira indica PCC 8005-based biostimulants for space and earth agriculture

本研究评估了 Limnospira indica 基生物刺激剂（特别是缺氮培养物CM N?）在改善番茄在模拟火星土壤和干旱条件下的生长效果。通过种子发芽实验和温室试验，结合蛋白质组学分析，发现CM N?显著维持水分利用效率、叶绿素含量及抗氧化酶活性，通过激活抗逆通路提升作物胁迫适应能力，为太空农业和地球气候适应农业提供新策略。

　　

摘要

目的

为太空任务开发可持续的植物栽培系统需要制定策略，以增强植物在极端条件（如水资源短缺和养分贫瘠的培养基）下的抗逆能力。本研究旨在评估基于Limnospira indica的生物刺激剂的有效性，这些生物刺激剂分别来源于氮素充足和氮素缺乏的培养物，旨在改善番茄（Solanum lycopersicum）在太空农业相关非生物胁迫下的表现。选择氮素缺乏的Limnospira indica培养物进行实验，是因为已知氮素限制会促进生物活性代谢物的积累，包括胞外多糖，这些物质可以增强生物刺激剂的活性并提高植物的抗逆能力。

方法

进行了两项互补的实验：（1）在火星土壤模拟物（MMS-1）、犹他沙漠土壤和标准园艺土壤中进行种子发芽试验；（2）在温室中进行受控干旱胁迫下的生理和分子响应试验。通过蛋白质组学分析来表征这些非生物胁迫下生物刺激剂处理所引起的分子变化。

结果

在两项实验中，基于L. indica的生物刺激剂，尤其是氮素缺乏配方（CM N?），显著改善了植物在胁迫下的表现。在发芽过程中，CM N?在养分贫瘠的MMS-1土壤和犹他沙漠土壤中促进了幼苗的生长，减轻了未经处理的植物中光合作用和能量代谢相关蛋白质的整体下调。在干旱条件下，CM N?保持了气孔导度、叶绿素含量和水分利用效率，接近充足水分时的水平。蛋白质组学数据进一步显示，与CM N?或对照组相比，抗氧化酶（过氧化物酶、SOD、过氧化氢酶）和能量转化蛋白的表达上调，表明其具有更强的氧化应激控制和代谢稳定性。

结论

L. indica提取物不仅作为营养来源，还作为启动剂，预先激活植物的抗逆途径，从而增强植物的抗逆能力。这些发现支持其在太空栖息地的生物再生生命支持系统以及地球上开发气候适应性农业策略中的潜在应用。