1 引言
泥炭在园艺栽培基质中的使用与大量二氧化碳(CO2)的释放密切相关。作为一种关键的自然资源碳汇，其开采和氧化过程会将封存的碳重新释放到大气中。因此，寻找泥炭的替代品已成为园艺科学面临的一项重大挑战。目前常用的替代材料如堆肥、椰壳产品和木纤维，虽然在一定程度上可行，但各自存在质量不稳定、依赖副产品、运输资源消耗大或不能作为主要成分等缺点。泥炭藓生物质作为一种可再生有机材料，因其具有与泥炭相似的物理和化学特性，被认为是极具潜力的泥炭替代品。它主要由苔藓植物泥炭藓属的植物生物质构成。然而，尽管多项试验证实了SBM在栽培基质中的应用可行性，但关于其可能对植物产生化感抑制效应的零星报告引起了关注。为量化并探究这种潜在的生长抑制，本研究收集了广泛的SBM样本，将其制备成水提取物(AESBM)，并应用于水芹'Cresso'种子进行实验室植物测定，旨在揭示水溶性酚类物质是否在受控条件下引起抑制效应，并将这些效应归因于特定物质，为SBM的质量评估和应用提供依据。
2 材料与方法
2.1 植物材料
实验所用植物材料来源于泥炭藓农场、半自然生境及温室栽培等不同生长系统，共38个样本，分为四个主题子集。所有样本均取自泥炭藓草皮层上部20厘米，并去除非泥炭藓植物残留。样本在袋中冷却运输至实验室，并于-80°C冷冻保存直至处理。
2.2 提取
植物材料经冷冻干燥后，通过家用旋转切割机和球磨机研磨成细粉。提取时，将2克植物粉末与26毫升蒸馏水混合，涡旋震荡后置于自动摇床上振荡24小时。提取物经离心和分级过滤后，用于植物测定和高效液相色谱-质谱联用分析。
2.3 植物测定
使用96孔板进行水芹'Cresso'种子萌发测定。每孔加入50微升AESBM或蒸馏水(对照)。平板在24°C、光照条件下培养72小时后，通过显微镜成像并使用ImageJ软件测量胚根和胚轴的长度。
2.4 分析
采用高效液相色谱-质谱联用技术对提取物进行分析。使用C16反相色谱柱，以含甲酸的水和乙腈为流动相进行梯度洗脱。酚类化合物在290纳米波长下通过二极管阵列检测器进行定量，并借助质谱进行鉴定。
2.5 统计与数据分析
使用KNIME和R软件进行数据处理与统计分析。由于数据不符合正态分布和方差齐性假设，采用Kruskal-Wallis检验及Dunn事后检验。通过R包mlr3进行机器学习分析，使用回归随机森林学习器进行特征选择和重要性评估，以识别与生长抑制最相关的化合物峰。
3 结果
3.1 植物测定
抑制症状：大多数用AESBM处理的种子和幼苗表现出萌发受阻和生长抑制症状。常见症状包括吸水后萌发停止、胚根和胚轴发育不全等，如图1所示。而对照组植株在72小时内发育出明显的胚根、胚轴和子叶。
季节性变化：如图2所示，用2017年每月采集样本制备的提取物处理植株，其胚根和胚轴长度中位数存在广泛差异。所有提取物均显著抑制了水芹'Cresso'的生长，其中四月和六月的提取物抑制作用最强，特别是对胚轴发育的抑制。夏季月份（除七月外）通常表现出强烈的抑制效应，而早春和秋季的效应则有所减弱。
空间变化：如图3所示，2018年4月沿样线采集的样本提取物对胚根和胚轴生长产生了比2017年4月样本更强的抑制效应。样线上所有样本均表现出强烈的抑制效果，其中距离样线起点100米和150米处的样本对胚根生长的抑制作用最为严重。
栽培环境：如图4所示，来自芬兰Aitoneva地区的SBM参考材料的提取物对胚根生长无显著抑制，对胚轴发育仅有轻微抑制。相比之下，来自泥炭藓农场样本的提取物则表现出抑制作用。其中，2016年6月仅去除重力水的样本提取物抑制效应最强，而挤压出水的样本抑制效应显著较低。在温室中栽培12个月的样本，其抑制效应并未显著降低。
收获后热处理：如图5所示，热处理降低了提取物对水芹'Cresso'的抑制效应。对于Pm1样本，当SBM在60°C和80°C加热后，其提取物处理的种子胚根和胚轴发育与对照组无显著差异。随着处理温度逐步升高，抑制效应呈下降趋势。
3.2 HPLC-MS分析
不同样本子集的峰谱差异显著。在所有样本子集中均检测到的峰被归为核心峰组，包括六个峰：PK05、PK09、PK10、PK15、PK17和PK19。其中，PK17被鉴定为反式-泥炭藓酸，PK10被鉴定为顺式-对香豆酸葡萄糖醛酸苷。PK15虽被HPLC检测到，但在质谱负离子模式下未电离，缺乏裂解图谱。
3.3 因果关系
由于检测到的化合物在AESBM中仅以混合物形式存在，为厘清观察到的抑制效应与单个物质的关系，研究采用了随机森林回归模型进行特征选择。对于目标变量胚根长度，模型识别出顺式-对香豆酸葡萄糖醛酸苷、PK15和反式-泥炭藓酸为预测特征。对于胚轴长度，峰PK05和PK19被选为最相关的预测因子。在两个模型中，未知峰PK15均显示出最高的特征重要性得分，表明该峰对观察到的抑制效应具有主导性影响。特征重要性分析结果如图7所示。
4 讨论
4.1 测定
观察到的生长抑制证实了AESBM可对水芹'Cresso'的萌发和早期生长产生负面影响。每月样本效应的显著变化表明，抑制效应强烈依赖于一个或多个外部环境因素，可能与泥炭藓周围微生物组的代谢过程有关。样线样本的结果暗示了生产田地内微地形（如局部水分饱和条件）的潜在影响。来自芬兰的参考材料未表现出显著抑制，这表明物种选择对于SBM在栽培基质中的应用可能具有重要意义。热处理可降低材料的化感潜力，60°C及80°C的处理效果尤为明显，这可能是由于高温使降解酚类化合物的酶（如过氧化物酶）失活所致。
4.2 AESBM的化学组成
泥炭藓植物材料通常含有多种酚类化合物，其中泥炭藓酸被视为该属的标志性化合物。在AESBM中仅检测到其反式构型。核心峰组含量存在显著的月际和空间变化。热处理后，核心化合物的含量反而增加，这可能是由于高温使提取前样品中的降解酶失活，从而在后续水提过程中保留了更多前体化合物。这暗示了酶降解产物可能与AESBM的化感效应有关。
4.3 化合物归属
从实际应用角度出发，识别导致生长抑制效应的物质比确定其具体生物来源更为重要。然而，要对SBM中的化感效应获得机制性理解，必须明确相关化学物质的来源。机器学习分析结果不能用于推断单个化合物的存在与生长抑制之间的因果关系，但显示了某些峰参与的趋势。PK15在两个模型中都作为预测胚根和胚轴长度的相关特征出现，且具有最高的特征重要性得分，因此对该化合物的鉴定与分离具有高度价值。其他被选中的峰均为泥炭藓酸或香豆酸的衍生物，表明这些化合物也可能参与抑制萌发和生长的机制。
5 结论
SBM在栽培基质中的广泛应用目前主要受限于标准化高质量材料的低可获得性。提高产量的同时，必须通过深入了解其化学特性及潜在代谢机制来确保SBM质量。不应因SBM或其水提取物零星出现的化感效应而完全排除其作为一种极具前景的园艺栽培基质成分。研究表明，确实存在无明显化感效应的SBM批次，因此首要任务是进一步阐明导致抑制效应的生物学过程。热处理被证明可以降低化感效应，但在将热处理工艺推广至SGM生产前，仍需进一步实验以确定最低有效处理时长和适宜含水量。为明确归因观察到的抑制效应，需要进一步的解析工作：首先，应对当前未识别的峰（尤其是PK15）进行分离和结构鉴定；其次，应确认或排除泥炭藓酸降解产物对生长抑制的贡献。获得这些信息后，应将相关化合物的阈值纳入SBM的官方质量标准中。在SBM作为栽培基质成分发展的早期阶段，建议将泥炭藓物种或基因型的化感潜力纳入选育标准。此外，深入了解泥炭藓特异性酶及其收获后的动态，将有助于通过靶向酶失活策略来优化材料加工工艺。
