生物刺激素的應用現狀及在園藝植物中發(fā)展前景

黃祥富

摘要：化學農藥和肥料的應用促進了現代農業(yè)的發(fā)展，但是隨著人們對生態(tài)環(huán)境的關注及農業(yè)可持續(xù)發(fā)展理念的踐行，越來越多的人意識到長期及不合理使用農藥化肥容易造成的土壤生態(tài)破壞，養(yǎng)分失調，作物品質差，產量低，以及環(huán)境污染等一系列問題。生物刺激素不同于肥料和農藥。在宏觀上，生物刺激素通過刺激植物體內自然的生理過程，改善植物健康狀況，提高植物營養(yǎng)吸收效率，從而提高作物抗逆能力，增加產量，并且提高品質；在微觀上，生物刺激素通過影響基因表達水平，進而調節(jié)生理生化及信號傳遞過程，從而影響?zhàn)B分、水分吸收及同化產物代謝。因此，生物刺激素在提高作物產品質量的同時還能夠實現“助力化肥農藥減量增效”的目標，且當植物遇到非生物脅迫因素所造成的生理性病害或氣象災害時，生物刺激素能提高植物抗性，解決肥料和農藥解決不了的問題。目前已經廣泛應用于番茄、辣椒、萵苣、胡蘿卜、草莓、葡萄、西瓜等多種園藝植物中，并起到了很好的作用。

關鍵詞：化學農藥；肥料；生物刺激素

生物刺激素最早在法國、意大利、西班牙使用，隨后推廣其他國家。截至2018年，全球生物刺激素市場銷售為22.4億美元，年復合增長率超過10%，預計2023年可達32億美元以上[1]。而中國生物刺激素還沒有明確的登記地位，大多數產品以新型肥料、肥料或微生物菌劑等形式登記。2018年中國市場銷售僅為2億美元，但是隨著國家2020年化肥農藥使用量零增長戰(zhàn)略的實施，生物刺激素具有巨大的市場空間，必然會有快速的發(fā)展[2-3]。

1 生物刺激素的分類和應用

生物刺激素有很多類型，但尚未形成統(tǒng)一的標準，其中已經被廣泛應用的包括海藻提取物、腐殖酸、氨基酸和肽、殼聚糖和微生物菌劑等。

1.1 海藻提取物

海藻是海洋中儲量最大且可再生的物質資源，在農業(yè)生產上的應用源遠流長。海藻提取物可以在許多方面影響植物的生長，尤其是在果樹、蔬菜，糧食作物生產上，如玉米、水稻、辣椒、番茄、花菜、洋蔥、葡萄、柑橘等等進行浸種、葉面噴施或者澆水施灌，目前已有大量的實踐和文獻報道[2-5]。首先，海藻富含多種陸地植物所缺乏的多糖類物質，其中海藻酸是重要的指標成分，具有凝膠、螯合及親水等特性，對保持水土、促進團粒結構形成、活化礦質元素、調節(jié)土壤 pH值具有良好作用。海藻酸中的羥基和羧基等可以結合氮肥中的 NH4+，形成絡合物，抑制土壤的硝化作用，從而促進氮肥利用。海藻肥中多糖、甜菜堿等物質可調節(jié)細胞的滲透作用、促進植物體內養(yǎng)分輸送，增強營養(yǎng)吸收。海藻肥所含有機質、活性物質以及微量元素可激活土壤中各類有益菌，顯著提高土壤中細菌、真菌和細菌數量，增加有益菌群比例。這些作用有利于植物根系的生長，并提高植物對營養(yǎng)的利用率，從而達到化肥、農藥減量增效，提高植物品質的效果。

其次，海藻含有大量的礦物質，多糖，多肽，多酚等物質，這些物質能夠使海藻在逆境中正常生存。而海藻提取物也保留了這些物質特性，并能夠將這些特性傳遞給目標作物，提高植物在逆境中的抵抗能力。已有研究證明海藻提取物可顯著提高植株體內抗氧化酶活性，降低丙二醛和活性氧的含量，誘導植物體內保護性蛋白合成，因此能夠有效減輕干旱和鹽分對植物生長的有害影響。不過海藻提取物需要在逆境發(fā)生前進行施用和預防，不能進行時候的治療。

此外，噴施海藻提取物可有效提高植株葉片或幼果葉綠素、類胡蘿卜素等色素含量，從而提高植物光捕獲潛力，有效改善如辣椒、葡萄等植物果實的顏色[5]。同時海藻還富含生長調節(jié)劑類成分能夠促進扦插生根、打破種子休眠、促使萌發(fā)，促進細胞分裂、胞體增大，還可解除頂端優(yōu)勢、促進側芽生長等。

海藻提取物產品形式多樣，有液體，固體，也有單一海藻提取物和與其他營養(yǎng)物質或生物刺激素的混合提取物。在中國，目前海藻提取物產品主要以新型肥料的形式進行登記。

1.2 腐殖質

腐殖質是動物、植物等有機物殘體，經微生物分解轉化而形成的一類天然有機的高分子聚合膠體物質，廣泛地存在于土壤，沉積物和水生環(huán)境中，是土壤有機質的主要組成部分（50%～65%）。腐殖質主要包括胡敏酸，富里酸和胡敏素三種類型。胡敏酸是腐殖質的主要組成成分，呈褐色，溶于堿而不溶于酸，具有膠體性質，對土壤養(yǎng)分的保持及土壤結構的形成具有重要的意義。富里酸顏色較淺，可溶于酸和堿，容易分解，對促進礦物質分解和養(yǎng)分釋放具有重要的作用。胡敏酸顏色最深，溶于堿而不溶于酸，性質十分穩(wěn)定，難以分解。

腐殖質的膠體性質具有促進土壤生物生長，改善土壤結構，從而促進植物根系生長，提高植物營養(yǎng)的吸收，改善植物品質。除此之外，腐殖質，尤其是胡敏酸和富里酸，還含有大量的官能團，如酚羥基，甲氧基，羧基，酮基和醌基等等。這些官能團讓腐殖質同時具有疏水和親水的特性，同時也表現出絡合能力，氧化還原能力及生理活性。因此具有提高陽離子交換能力，調節(jié)土壤的酸堿平衡，修復由鹽和污染物而造成的損害，從而增加了植物的抗逆性，促進了植物的健康生長。如在石榴種植中葉面噴施含有腐殖酸的水溶肥，能夠增加10.58%的果實產量，同時減少裂果率，增加石榴果實中維生素C和總糖的含量[6]。在番茄上施用含腐殖酸的水溶肥，不僅能夠提高產量，提高肥料的利用率，還能夠使采收期提早10d，并增加番茄的產量[7]。

我國腐殖酸資源十分豐富，目前腐殖質的產品種類也多種多樣，主要有土壤肥，葉面肥，抗旱劑，調整劑及作為復配產品的主要成分，腐化程度不同產品中所含胡敏酸和富里酸含量也會有所差異。目前腐殖質產品在中國按照肥料登記，也可作為抗旱劑、調整劑和其他復配產品的主要成分。

1.3 氨基酸和肽

氨基酸和肽都是蛋白質水解后的主要物質，存在于所有動物、植物和微生物中，通過酶解法、化學法或者熱水解法，可得到氨基酸，多肽和蛋白質的混合物。肽是蛋白質到氨基酸的化學過渡形式，由不同數量的單獨氨基酸組合而成。氨基酸作用于植物生長和發(fā)育的過程，是許多次生代謝化合物的前身，在植物機體中具有重要的功能。比如脯氨酸，羥脯氨酸具有抗氧化活性，清除自由基從而增加了植物抗逆性；丙氨酸、精氨酸可以增加植物的耐寒性；絲氨酸，色氨酸，纈氨酸是生長素的前體；天冬氨酸，谷氨酸，賴氨酸，蛋氨酸，苯丙氨酸能夠刺激發(fā)芽；半胱氨酸，谷氨酸，甘氨酸，組氨酸，賴氨酸具有螯合作用，可以通過減少重金屬元素對植物的毒害來緩解環(huán)境的壓力，同時有助于微量元素的轉運和吸收。此外，研究表明氨基酸產品進入植物體內可以參與植物的新陳代謝，促進光合作用，促進二氧化碳滲透，提高酶活性，還能促進種子發(fā)芽，木質素的合成，蛋白質降解，細胞組織分化，信號轉導，刺激響應、抑制病蟲害等，最終通過多重效應來提高植物的品質[2，8-9]。

目前在我國，氨基酸多肽產品主要以水溶肥料或者農藥的形式進行登記?？梢赃M行土壤施用或者葉片施用。不過施用于土壤，氨基酸大部分被微生物利用，微生物利用氨基酸產生的次生代謝物或者分解后產生的銨，再被植物利用。而通過葉片吸收，則能利用施用氨基酸的50%。

1.4 殼聚糖

殼聚糖，又稱乙酰甲殼素，主要是甲殼類動物、魚類和海產品外殼中天然的幾丁質，通過脫乙酰后得到的產物，具有良好的生物降解性、抗菌活性和成膜性能。殼聚糖也被稱為“植物疫苗”，當植物使用殼聚糖處理后，作物表面會形成一層薄膜，為植物提供了物理保護屏障。植物遭遇病原菌或害蟲的攻擊時，殼聚糖薄膜會與病原菌直接接觸，破壞病菌的細胞結構，抑制病原菌的生長與繁殖。而殼聚糖分子還會向著作物表皮細胞內部滲透，與植物細胞膜表面的特異性受體蛋白結合，刺激植物分泌幾丁質水解酶，來降解病原菌或害蟲細胞壁的幾丁質或殼聚糖，同時激活植物的先天性免疫系統(tǒng)，啟動一系列的免疫防御反應，應對來自外界的攻擊或逆境脅迫[10]。殼聚糖可以有效地抑制鐮刀菌屬，鏈格孢屬，曲霉屬，青霉屬等多種植物病原真菌，對馬鈴薯、番茄、黃瓜等植物的常見病害，均有良好的抑制作用[11]。此外，殼寡糖還能促進植物代謝，提高植物抗性，增加葉綠素含量，增加光合產物，促進根系生長等，提升植物對病蟲害的抵抗力、對肥料的吸收和利用力，最終提高作物產量。

目前殼聚糖大部分作為復配產品的成分，如植物保護劑、抗蒸騰劑等進行應用。主要應用在土壤調理劑，葉面肥，營養(yǎng)液，根部浸泡，種子處理和果實處理。同時，殼聚糖還可以作為載體，負載活性成分和礦質元素，起到復合的作用。

1.5 微生物菌劑

土壤微生物的群落結構與植株健康生長發(fā)育之間有著密切的聯系。首先微生物與作物通過植株的根際效應相互競爭，抑制或拮抗有害病原菌的生長繁殖，從而對土壤微生物群落產生影響；其次，微生物群落對植物產生有利的影響，包括有機質的分解、植物激素類物質的合成、養(yǎng)分的轉換和作物抗逆能力的提升；同時作物會受到有害微生物的影響造成土壤及植株本身的病害。因此，土壤健康的變化與微生物的種類和數量息息相關，有益微生物能激發(fā)土壤的多功能性。篩選和開發(fā)優(yōu)良菌種及研究先進的發(fā)酵工藝已成為當下研究的熱點。如叢枝菌根菌是目前農業(yè)應用最廣泛的真菌。它可以改善植物根跡微環(huán)境，提高土壤肥力，同時還能夠促進植物根系的生長，提高植物光合效率，提高植物的抗性[8]。

目前微生物菌劑在中國以微生物菌劑或微生物菌肥進行登記，從微生物種類物分，分為細菌性肥料、真菌性肥料和放線菌性肥料。根據肥料的不同狀態(tài)可以分為固體菌肥和液體菌肥。

2 生物刺激素在園藝植物中的發(fā)展前景

2.1 增強植物抵抗逆境和病蟲害的能力

隨著園藝產業(yè)的快速發(fā)展，生產設施水平不斷提高。高值園藝植物使用專業(yè)的溫室，蔭棚等設施進行生產。但是目前的集約化種植模式難免也會出現水分、溫度等脅迫條件，此外病害管理也是植物生產中的難點。生物刺激素的一大優(yōu)勢就是能夠通過提高植物自身抵抗力而提高植物抗逆境和抗病蟲害的能力。這一作用已經在蔬菜、果樹、大田作物試驗中得到了充分的證明。

2.2 改善土壤基質生態(tài)

隨著無土栽培技術使用日漸廣泛，園藝植物常用栽培基質泥炭土中就含有大量生物刺激素腐殖質。泥炭土本身養(yǎng)分充足，腐殖質的存在又加強了植物對養(yǎng)分的利用。同時泥炭土也具有良好保水透氣性和對植物有益的微生物，對于植物根系的生長和植株的生長都具有很好的效果。而使用其他基質同時添加合適的生物刺激素，也具有改善土壤生態(tài)環(huán)境的效果。

2.3 提高植物品質

不同于化學肥料，生物刺激素的效果往往是多重的，能解決肥料和農藥解決不了的問題。如生物刺激素海藻提取物，富含多種陸地植物所缺乏的多糖類物質，具有增強植物抗性，加強植物營養(yǎng)吸收，提高植物葉綠素、胡蘿卜素含量等效果，對于改善植物健康狀況和觀賞品質可能具有意想不到的效果。

3 結語

當今環(huán)境的變化，能源的消耗以及消費者對植物產品要求不斷增高，對農業(yè)生產提出了更高的要求。另外一方面，在鉀肥、尿素等大宗商品價格的暴漲，化學農藥使用弊端日益顯現，使生物刺激素得到了越來越多人的關注。2012年12月第一屆國際生物刺激素大會在法國召開，各種生物刺激素的產品也應運而生。但目前，國內沒有生物刺激素明確的概念，沒有正規(guī)的生物刺激素產品備案和登記，缺乏相應的統(tǒng)一管理和法規(guī)，農資市場對生物刺激素產品推廣不足，農戶對產品認識模糊，這些因素一定程度上影響了生物刺激素銷售和應用。但是我們相信，隨著越來越多的種植者和經營者對生物刺激素的了解和認識，意識到當前環(huán)境下農作物高產優(yōu)質生產對具有環(huán)保和有機特征產品的需求，并結合我國綠色農業(yè)的發(fā)展需求，生物刺激素這種新興的農資產品會更好地服務未來的農業(yè)的生產，并擁有更廣闊的市場。

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