《Journal of Soil Science and Plant Nutrition》：Effect of Copper Stress and Foliar Iron Application on the Growth and Quality of Sideritis cypria Plants Grown in Cocopeat Under Different Potassium Levels
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本研究通过水培实验，系统探讨了在铜胁迫条件下，不同钾浓度与叶面铁施用对药用植物塞浦路斯铁草（Sideritis cypria）生长、生理、矿质元素积累及抗氧化活性的交互影响。结果表明，低钾营养液（150 mg L?1）促进鲜重积累，而高钾（550 mg L?1）改善叶绿素和类胡萝卜素含量；叶面铁施用虽会抑制生长并引起叶片Fe、N和Cu积累增加，但Cu积累量远低于草药浸出物残留限量。研究发现钾水平与叶面铁施用能调节植物对过量铜的应激反应及抗氧化活性，为在铜污染环境下优化S. cypria栽培的营养管理、保障其安全生产与生物强化提供了重要依据。
塞浦路斯铁草（Sideritis cypria）是一种具有重要药用价值的芳香植物，因其富含抗氧化和抗菌成分而备受关注。然而，将其成功整合到常规栽培中，面临着对其适宜栽培实践和营养需求，尤其是钾（K）、铁（Fe）与重金属如铜（Cu）之间复杂互作关系认识不足的挑战。铜是植物必需的微量元素，但过量会对植物产生毒害，抑制生长并引发氧化应激。与此同时，钾作为关键大量元素，不仅参与众多代谢过程，还可能影响植物对重金属胁迫的耐受性。另一方面，铁在植物抗氧化防御系统和重金属解毒过程中也扮演着重要角色。那么，在含有不同浓度铜的营养液中，如何通过调整钾的供应和进行叶面铁施肥，来调控塞浦路斯铁草的生长、生理响应和次生代谢产物积累，从而在潜在铜污染环境中实现其安全、优质的生产呢？这成为了一个亟待解决的问题。发表在《Journal of Soil Science and Plant Nutrition》上的这项研究，正是为了回答这些问题而展开的。
为了探究钾水平、铜胁迫和叶面铁施用对塞浦路斯铁草的复合效应，研究人员设计了一个系统的水培实验。实验在可控温室环境下进行，使用椰糠和珍珠岩（4:1 v/v）作为基质。研究设置了三个钾水平（150、350、550 mg L?1）、两个铜浓度（5 μM 对照，100 μM 过量铜）以及两种叶面处理（喷施蒸馏水或含1.8 mM Fe的FeSO4·7H2O溶液）。实验周期共125天，在最后30天施加不同的铜处理。研究团队采用了多种技术方法来全面评估植物的响应：通过测量鲜重、干重和干物质含量来评估生长；利用SPAD仪和叶绿素荧光仪（Fv/Fm）以及分光光度法测定叶绿素、类胡萝卜素来评估光合生理；通过火焰光度法、原子吸收光谱法和凯氏定氮法分析了叶片和根系中氮（N）、磷（P）、钾（K）、钠（Na）、钙（Ca）、镁（Mg）、铁（Fe）、锌（Zn）和铜（Cu）的积累；采用福林-酚法、DPPH（2,2-二苯基-1-苦基肼基）、FRAP（铁离子还原抗氧化能力）和ABTS（2,2'-联氮-双-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸）法测定了叶片中的总酚、总黄酮和抗氧化活性；通过测定过氧化氢（H2O2）和丙二醛（MDA）含量来评估氧化应激水平；此外，还从干燥植物材料中制备了乙醇提取物，并评估了其对四种常见细菌（金黄色葡萄球菌、单核细胞增生李斯特菌、大肠杆菌、肠沙门氏菌）的抗菌活性（采用纸片扩散法和微量肉汤稀释法测定抑菌圈直径、最低抑菌浓度MIC和半抑制浓度IC50）。所有数据均通过三因素方差分析（ANOVA）进行统计处理。
植物生长参数
研究发现，植物鲜重最高的处理组合是施用最低钾（K150）、高铜（100 μM）且不喷施叶面铁；而干物质含量则在中等钾（K350）、正常铜（5 μM）且不喷施叶面铁时达到最高。这表明低钾可能促进生物量积累，而中等钾水平有利于干物质合成。叶面铁的施用总体上与生长抑制相关。
叶片光合生理特征
叶绿素和类胡萝卜素含量在高钾（K550）处理下得到改善，尤其是在配合正常铜和叶面铁施用时达到最高。叶面铁的应用也普遍提升了这些光合色素含量。然而，叶绿素荧光（Fv/Fm）在中钾（K350）且喷施叶面铁时最高，在高钾无铁处理时最低，说明钾和铁对光合效率的影响具有交互作用。
植物养分含量
矿质元素积累受到处理因素的显著影响。叶片氮（N）含量在叶面施铁后普遍增加。叶片钾（K）积累对营养液钾水平变化不敏感，但在高钾高铜处理下有所增加。值得注意的是，叶面铁的应用显著提高了叶片中铁（Fe）和铜（Cu）的积累，尤其是在正常铜条件下。然而，植物中积累的铜含量（12.67–25.44 mg kg?1DW）远低于草药浸出物的欧盟最大残留限量（100 mg kg?1）。根系中大部分锌（Zn）得到积累，且在低钾高铜处理下增加。
总酚、总黄酮、抗氧化能力及应激指标
植物的次生代谢和氧化应激响应复杂。总酚含量和抗氧化活性（DPPH、FRAP、ABTS）在高钾高铜且不施叶面铁时最高，表明铜胁迫可能激发了抗氧化防御系统。叶面铁的应用则普遍增加了黄酮的积累。在氧化应激方面，过氧化氢（H2O2）含量在中、高钾水平下较高，且过量铜加剧了这一效应，但叶面铁的作用因钾水平而异：在高钾高铜下缓解了H2O2积累，在中钾高铜下却加剧了积累。丙二醛（MDA，脂质过氧化指标）含量在高钾高铜无铁处理时最高，而叶面铁在此条件下缓解了MDA积累，但在低钾条件下却增加了MDA。
S. cypria乙醇提取物的生物特性
从处理后的植物中制备的乙醇提取物显示，中等钾（K350）处理下的提取物总酚含量和抗氧化活性（FRAP、ABTS）较高。抗菌活性测试表明，所有植物提取物的抑菌圈直径均小于抗生素氨苄西林，但中等钾水平处理下的提取物对金黄色葡萄球菌的抑制效果与氨苄西林相当。低钾高铜处理下的提取物抗菌活性最低。
本研究通过深入分析，得出以下核心结论：首先，钾水平是调节塞浦路斯铁草对铜胁迫响应及叶面铁效果的关键因素。低钾（150 mg L?1）有利于鲜重积累，而高钾（550 mg L?1）则能提升光合色素含量和部分抗氧化活性。其次，叶面铁施用是一把“双刃剑”，它能有效促进叶片铁积累（达到253.25–438.00 mg kg?1DW），实现潜在的生物强化，但同时也会导致生长抑制、加剧叶片铜积累并引发氧化应激（如H2O2升高），其效应严重依赖于背景的钾水平和铜胁迫状态。第三，在过量铜存在时，使用中低水平的钾营养液（150–350 mg L?1）可以在不显著影响植物生产安全（铜积累低于限量标准）的前提下，维持甚至增强植物的抗氧化活性。最后，中等钾水平处理（K350）下的植物乙醇提取物表现出较高的总酚含量、抗氧化活性以及对金黄色葡萄球菌的较强抗菌活性，提示可通过营养调控优化其药用品质。
这项研究的意义在于，它首次系统地阐明了钾营养、铜胁迫与叶面铁肥在塞浦路斯铁草水培体系中的复杂互作关系。研究结果不仅为在可能存在铜污染的土壤或水源地区安全栽培这种具有高价值的药用植物提供了具体的营养管理策略（例如，推荐使用中低钾水平并谨慎评估叶面铁肥的应用），也为通过农艺措施（营养调控）来定向改善药用植物的活性成分（抗氧化、抗菌物质）提供了理论依据和实践指导。该研究强调了综合养分管理对于在非生物胁迫下实现药用植物可持续、优质生产的重要性。
