海藻作物生长调节剂的应用概况.docx

文章编号 1007 - 7405 (2003) 01 - 0028 - 05综述海藻作物生长调节剂的应用概况吴光斌 , 吴永沛(集美大学生物工程学院 , 福建 厦门 361021) 摘要 海藻作物生长调节剂以天然海藻提取物为核心 , 具有提高种子的发芽率 , 促进作物生长 , 提高作物产量 , 改良土壤结构等特点. 综述了海藻作物生长调节剂的生化特性及其在农业生产中的应用研究进 展情况. 关键词 海藻 ; 作物生长调节剂 ; 海藻肥 中图分类号 s 142 文献标识码 a0 引言海藻是生长于海洋中的低等隐花植物 , 共 1 万多种 , 有绿藻门 、褐藻门 、红藻门 、蓝藻门等 10门1. 迄今为人类广泛利用的海藻主要是红藻 、绿藻和褐藻 3 大类 , 约 100 余种. 由于海藻含有丰富的营养物质和多种生理活性物质 , 因而被广泛应用于食品 、饲料 、医药工业 、农业生产以及能源和其他化学资源等方面.从海藻提取的作物生长调节剂是以海藻为原料 , 研制出的全天然植物生长促进剂 , 供农作物叶面 喷洒使用. 实践表明 , 产品能显著提高农作物的产量 , 特别是花果作物的产量 , 并具有一定的驱虫及 抗病作用. 由于该产品来自天然植物活性成分 , 为完全环保型 , 绿色无污染. 是目前正在使用的人工 合成植物激素的代用品 , 是提高农产品产量和质量 , 减少餐桌污染的有效途径.海藻中存在着促进植物生长 、驱虫防病的有效成分 , 已被许多学者关注. 使用海藻作为原料 , 提 取活性成分和营养物质 , 作为作物生长促进剂 , 供叶面喷洒使用 , 国际上已有多种产品问世 , 如英国 的 maxicrop , 美国的seabo r n 、seasol 、seamac , 南非的 kelpak 66 等. 这些产品由于来源于天然海藻 , 其安全性 、有效性得到公认. 我国是农业大国 , 但并不是农业强国 , 存在着各种落后的生产方式 , 加 入 w to 以后 , 在国际舞台上我国农业要占有一席之地 , 必须引用先进的农业生产模式. 采用生物农 药 , 完全环保型 , 无污染的绿色农用品 , 是提高农产品产量和质量的必经途径.海藻在农业上的应用具有悠久的历史. 早在公元 4 世纪就有利用海藻代替部分土壤肥料改善土壤性 质的记载 , 到公元 12 世纪中叶海藻肥已被西欧等地的人们广泛利用1 . 16 世纪在大不列颠的 sout h wales 和德国的 keswick 等地用腐烂的海藻和海藻灰种植农作物和蔬菜 , 获得良好的增产效果 , 17 世纪 法国政府大力推荐在沿海地区用海藻作为土壤肥料 , 并明文规定了采集海藻的条件、收割时间以及海域 等. 1880 年有学者第一次报道了施用海藻肥的对比试验结果 , 清楚地说明了海藻作为肥料的优越性1 . 海藻液体肥自 1949 年在大不列颠生产问世以来 , 已引起许多海藻学家和农学家的注意 , 近年来利用海 收稿日期 2002 - 11 - 29 基金项目 厦门市科技局 (3502 z20021047) ; 集美区科技局科研基金资助项目 (350211 z 20011b02) 作者简介 吴光斌 (1967 - ) , 女 , 工程师 , 从事海洋资源利用方面的研究工作.29 第 1 期吴光斌等 : 海藻作物生长调节剂的应用概况藻的特殊生化特性和各种有效组分来影响作物和果树蔬菜的生长发育已成为研究热点.海藻农用产品的特性及化学成分海藻富含蛋白质 、氨基酸 、碳水化合物 、矿质元素 、维生素 、褐藻胶多糖及植物激素等多种生理 活性物质 (见表 1) 2 . 海藻含有陆生植物无可比拟的碘 、钾 、钠 、钙 、镁 、锶等矿物质以及植物生 长所必需的锰 、钼 、锌 、铁 、硼 、铜等微量元素 ; 植物的萌发 、生长 、开花 、结果各个阶段都需要矿 质元素及有机物 , 而在海藻提取物中几乎包含了生物所必需的各种元素及多种化学成分3 . 与传统 的厩肥相比 , 海藻提取物含有较多的 n 和 k , 但 p 的含量较低 , 海藻肥的效应与 n 、k、p 成分关系 不大 , 激素和微量元素是至关重要的3 . 海藻含有丰富的无机盐离子 , 但与目前常用的化学合成肥 相比 , 海藻肥中的 na + 和 cl - 含量并不高 , 目前仍没有充分的证据表明海藻肥中的 nacl 对农作物有 伤害1 . 海藻有效组分经过特殊处理后呈极易被植物吸收的活性状态 , 矿质元素和微量元素进入植 物体后分离为离子态 , 迅速被植物吸收利用 , 且具有很快的吸收传导速度.1海藻体中还含有 17 种氨基酸 , 其中谷氨酸 、天门冬氨酸 、精氨酸 、缬氨酸等氨基酸含量较丰富 , 这对改善作物品质有 利. 海藻中还含有丰富的维生素 , 尤其是抗坏血酸 、维生素 k 、胡萝卜素 、2生育酚 、硫胺素 、核黄素等含量都较高 , 它 对提高植物品质也起到了积极作用.自 1973 年 brain 首次用生物检测法证实了海藻中含有植 物激素类生理活性成分以来 , 人们对海藻中活性物质种类及其 作用机理的研究愈来愈多 , 目前国际上以海藻为原料 , 提取活 性成分和营养物质作为海藻植物生长调节剂的海藻产品至少有10 种以上. 海藻及海藻植物生长调节剂中已被研究的活性物 质主要有 :1) 植物生长素许多海藻本身都含有植物生长素和类植 物生长素 , 早在 1940 年就有吲哚乙酸 ( iaa) 广泛存在于多 种海藻中的报道. abe ( 1972 ) 和 j aco bs ( 1985 ) 使用 gc - m s 技术对蕨藻 、马尾藻 、裙带菜和其他海藻中的 iaa 及其它 两种类植物生长素苯乙酸 ( phenyl232acetic acid) 和羟基苯乙 酸 ( hydro xyp henyl acetic acid) 的结构和含量进行了确认. 随 后在海藻及海藻植物生长调节剂中发现的生长素类物质还有32 (羟基乙酰) 吲哚 、异吲哚 、吲哚羧酸 、吲哚乙醛 、n , n2 二甲基 b2吲哚基乙胺等. 生长素具有刺激作物根系发育 、增 加果树蔬菜座果率和抗寒的作用.2) 细胞分裂素 细胞分裂素也称细胞激动素 , 是具有生 理活性的一类嘌呤衍生物 。已证实存在于海藻中的细胞分裂素 有玉米素 、二氢玉米素 、异戊烯腺苷嘌呤 、玉米素核苷 、62氨 甲基嘌呤等 (j ennings , 1969 ; moo ney 和 van steden , 1987 ; farooqi , 1991) . 细胞分裂素具有促进细胞分裂和分化 , 延迟 植物器官衰老等生理功能4 .表 1 两种海藻产品的化学成分化学成分挪威海带粉中国海带粉灰分褐藻酸 甘露醇 褐藻淀粉 粗蛋白 褐藻糖胶硫 钾 氯 钠 镁 钙 磷铁 锰 碘 锌 钼 钴 铜胡萝卜素 - 生育酚 硫胺素 核黄素 尼克酸 维生素 k 维生素 b12叶酸 亚油酸 抗坏血酸 生物素17202026582551045602 . 53 . 5233 . 14 . 4340 . 50 . 9130 . 100 . 152035202414211 . 7680 . 3/4 . 13/3 . 240 . 50 . 070 . 161501 000 1 9002 2001050377001 200 4 0007 000502000 . 31 . 01101103060150300155101030100 . 0040 . 10 . 50 . 10 . 55002 0000 . 10 . 4139/206107 . 21 0 . 090 . 360 . 5016/0 . 21 000/注 :灰分磷单位为 % ;铁生物素单位为 mg/ kg3) 赤霉素早在 20 世纪 60 年代 , 科学家就已发现海藻中含有赤霉素 ( ga) 类似物. 生物检测30 集美大学学报 (自然科学版)第 8 卷发现海藻中至少存在两种赤霉素活性物质 , 即 ga3 和 ga7 . 赤霉素具有促进植物发芽 、生长 、开花和结实的生理功能.4) 脱落酸 脱落酸是植物生长抑制剂 , 可促进离层细胞分化和离层形成 , 从而引起器官脱落 , 加速衰老. 脱落酸与赤霉素的生理作用相拮抗. 1982 年 kingman 发现掌状海带中含有水溶性的植物 生长抑制剂 , 并且性质类似于脱落酸 (aba) , 生物检测证实了这类物质是 aba .5) 乙烯 有关海藻中乙烯的研究报道甚少 , 1988 年 van den driessche 在研究伞藻的发育生理节律 期间发现了伞藻中含有乙烯 , nelson 测定南非生产的海藻植物生长调节剂产品 kelpak66 含有乙烯生物合 成的前体物 12氨基环丙烷羧酸 (acc) . 乙烯在植物生长中的作用是降低生长速度 , 促进果实早熟4 .6) 甜菜碱 1984 年首次报道海藻中发现甜菜碱. 甜菜碱是一种氨基酸或氨基酸的衍生物 , 目前 海藻中发现大约了 18 种甜菜碱 , 其中大部分是甘氨酸甜菜碱 , 2丙氨酸甜菜碱 , 2氨基丁酸甜菜碱 , 高丝氨酸甜菜碱 , 脯氨酸甜菜碱5 等. 甜菜碱作用表现为在浓度很低的情况下可大大提高植物叶绿 素的含量.以上这些生理活性物质参与了植物体内有机和无机物质的运输 , 这些活性物质的存在强化了作物 对营养物质的吸收 , 同时可刺激植物体内非特异性活性因子的产生和调节内源激素的平衡 , 对植物的 生长发育起着重要的调节作用.海藻产品中含有大量的非含氮有机物 , 特别含有海藻中所特有的海藻多糖 , 它不仅能螯合重金属 离子 , 增加土壤中有效成分作用的持久性和有效性 , 而且能增加土壤透气和聚结的能力 , 这种土壤空 调作用可以使土壤不易被风 、水等侵蚀流失6 . 海藻产品中的褐藻酸可以降低水的表面张力 , 在植 物叶表面形成一层薄膜 , 增大接触面积 , 使水或水溶性物质比较容易透过叶表面细胞膜进入植物细 胞 , 使植物最有效的吸收海藻提取液中的营养成分.稀土元素素有“工业维生素”的美称 , 其应用日益广泛. 海藻中稀土元素 l a 、sm 、ce 、eu 、l u 、n d 、sc 、yb 等 8 种的含量均高于陆地植物 , 如稻米中含有 0 . 05 1 . 37 mg/ kg 、小麦中含有0 . 34 3 . 15 mg/ kg , 而海藻中稀土元素含量则在 0 . 4 7 . 5 mg/ kg7 , 稀土元素作为微肥可使粮食 增产 、瓜果增甜 、烟草品质提高. 海藻中的微量元素一度曾被认为是海藻产品发挥作用的有效因子之 一 , 但从稀土微肥的效果来看 , 海藻产品中稀土元素的有益作用不可忽视.2 海藻农用产品的研制和开发海藻农用产品的发展经历了 3 个阶段 : 即腐烂海藻 海藻灰 ( 粉) 海藻提取液. 据文献记 载 , 16 世纪英国人已开始利用海藻制作肥料 , 在日本 、法国 、加拿大等地早期就有采集海藻制作堆 肥的习惯. 当时大不列颠岛的 so ut h wales 和德国的 keswics 等地用岸边腐烂的海藻或海藻灰种植农 作物和蔬菜效果很好.世界上最早的海藻液体肥于 1949 年在大不列颠岛问世. 到目前为止 , 生产海藻液体肥并进入国 际市场的已有好几个国家 , 如英国的 algue , 澳大利亚的 seasol , 法国的 goemar ga14 等. 海藻液体 肥制作方法有两种 , 一种是从海藻灰中提取 , 另一种是从新鲜海藻中提取 , 后一种方法被大多数国家 所采用. 海藻液体肥使用方法有 3 种 : 叶喷 、土壤施用 、种子浸泡. 其中叶喷是一种最方便 、最有效的方法 , 能快速补充植物对营养成分的边缘缺乏 , 刺激根茎的发育和对营养成分的吸收. 除海藻液体 肥外还有肥用海藻粉 、海藻精等.目前海藻农用产品的研制与开发的关键技术是尽可能地保留海藻天然的活性成分 , 所采用的新工 艺为 : 筛选适宜新鲜的海藻品种 , 用机械的方法 , 没有接触任何化学试剂 , 没有经受超过 45 的高温 , 没有任何脱水和冷冻 , 只是通过高压发泡使细胞壁破碎内容物释放 , 浓缩形成海藻精浓缩液 , 从31 第 1 期吴光斌等 : 海藻作物生长调节剂的应用概况而极大的保留了海藻天然的活性成分 , 集营养成分 、抗生物质 、植物激素于一体 , 不仅可以大量提高种子的发芽率 、增加农作物的产量和提高农作物的质量 , 而且能够改善土壤性质 , 促进植物对土壤中 营养物质的吸收 , 增强农作物的免疫力 , 减少真菌 、昆虫以及线虫对农作物的损害 , 从而更能抵抗外 界不良环境 (旱 、涝) 的变化.上海快大生物工程有限公司就是我国第一个引进 、生产海藻农用产品的厂家 , 该公司生产的产品 已在烟草 、粮食 、蔬菜 、果树 、花卉 、草坪等 20 多种作物上进行了 150 多个试验和几万公顷面积的 示范推广 , 均达到显著增产 、增收效果.北京雷力农用化学有限公司于 1998 年成功研制出新一代海藻产品 , 即最大限度保留了海藻中天 然活性组分 , 每 100 ml 海藻提取液中含 z2玉米素 1 . 9 mg , z 类似物 62 ( 32甲基222丁烯氨基嘌呤) 8 . 8 mg ,20 %45 %.ipa (异戊烯基腺嘌呤) 1 . 85 , ga3 ( 赤霉素) 5 . 36 mg , 可溶性有效成分含量为并开发出了具有促生 、增产 、改良土壤 、抗病 、防病等十几种系列产品 , 填补了我国在海藻肥方面的空白. 在十余个省市及澳大利亚 、印尼等国的多种农作物上试验 、示范面积达66 . 7 万 hm2 , 对不同农作物的增产幅度为 8 . 6 % 36 . 5 % , 投入产出比为 18 . 3 1225 8 .中国科学院海洋研究所最新研制成功的天然新型绿色海藻产品 , 取得技术上的重大突破 , 既能保证农 产品的“纯天然”, 又在促进作物增产、提高作物抗逆能力、以及无公害等方面具有无可比拟的优势.海藻作物生长促进剂在生产中的应用效果迄今 , 国外已对土豆 、玉米 、小麦 、花生 、甜菜 、黄瓜 、西红柿 、葡萄 、香蕉和菠菜等一系列农 作物 、水果和蔬菜做过对比试验 , 均表现出很好的效果. 海藻产品对农作物提高成熟 、提高产量和改善品质以及在水果保鲜和抵抗病虫害等方面均产生了明显的效果 , 可增产 10 %30 %. 果蔬保存时 间也明显延长. 花卉方面的应用证明海藻产品不仅能促使不同种类的花早开 , 还能明显增加花芽数 , 增加率达 30 %60 % ( mart hei 1984) . 一品红 (poinset tia) 花施撒或喷洒海藻粉和海藻提取物后 ,花朵数目明显增加 , 其色泽和座花期也大为改变 ( chap man , 1980) .日本爱媛大学的报告显示 , 海藻精施于树势衰弱的蜜橘可促进新梢生长 、增加新梢数目 、茎叶片 数 、叶面积及叶厚 ; 促进生长 、品质改善并且产量提高. 日本用海藻精处理树势衰弱的番木瓜亦能有 效恢复生机 , 快速显示效果. 台湾的果农经常使用海藻精以增加果实甜度提高品质. 海藻精应用于茶3%3%6叶生产 , 可提高茶叶产量 17. 用海藻提取物浸泡大白菜种子 , 萌芽率提高 31.海藻精在国外作为有机生物激素用于育苗和花卉 、草坪生产. 更有意义的是 , 由于海藻产品能在植物叶表面形成一层薄膜 , 增大叶表面的吸收面积 , 因此如果海藻产品和杀虫剂 、化学肥料混合使 用 , 效果更佳 , 同时降低喷洒费用. 1985 年南非科学家把海藻产品和蛋氨酸联合使用喷洒葡萄 , 结 果葡萄着色早 , 成熟期缩短 , 并且枝条数增加 28 %以上9 .上海快大生物有限公司对棉花 、稻麦 、蔬菜 、烟草 、瓜果等作了试验 , 瓜果增产 10 %30 % , 并能改善品质 , 提早上市 35 d , 对棉花有显著的保花 、保铃 、增加铃数 、铃大的效果. 烟草除增加 产量外 , 上等烟的比例增加 4 . 7 %.烟台市农科院土壤肥料所研制的美奇天然海藻产品用于喷施黄瓜增产 18 . 8 % , 优质瓜增加22 . 7 % , 劣质瓜减少 20 . 4 % , 并且黄瓜口味优良 、抗病性增强10 . 于道功等对桃树施用海藻产品 , 能促进新梢生长 , 增大单果重和提高果实品质11 . 吉林农业大学郑怀训等对大棚番茄施用海藻产品 , 能促进番茄的生长、发育、早熟和增加产量 , 对番茄品质的改善效果极明显 , 果实中蔗糖和 vc 、还原糖提高幅度均较大 , 且能防止番茄的病虫害12 .王云峰等用海藻产品浸种 , 番茄和青菜种子发芽率提高 10 % , 并能促进作物的生长发育 , 提高32 集美大学学报 (自然科学版)第 8 卷%13作物幼苗根系的发育 , 使作物的抗性增强 , 叶面喷施后白菜产量增加 18.集美大学生物工程学院课题组研制出海藻作物生长促进剂并在集美区灌口镇进行了大田 、大棚应用试验 , 增产效果明显 : 通心菜增产 11 . 1 % 、长茄增产 38 . 7 % , 且具有较强的驱虫 、抗病效果 , 还 有很明显的抗旱效果.海藻农用产品在我国的应用前景传统的化学肥料肥效单一 、污染严重 , 长期使用导致土壤结构被破坏. 而人工合成植物生长激素 则引起餐桌污染. 海藻产品可直接使土壤或通过植物使土壤增加有机质 , 激活土壤中的各种有益微生 物 , 这些生物可在植物 微生物代谢循环中起催化剂的作用 , 使土壤的生物效力增加. 海藻产品纯属 天然海藻提取物 , 可与植物 土壤生态系统和谐的起作用 , 其所具有的功效弥补了我国传统有机肥用 量大 、肥效慢的不足. 它的应用将有利于我国的农产品打入世界市场.进入 21 世纪后 , 我国在基本解决食物量安全的同时 , 食物质的安全越来越引起全社会的关注.尤其加入 w to 后 , 食品安全已经成为影响农业和食品工业在国际市场竞争力的关键因素 , 无公害农 产品安全生产技术的开发和应用迫在眉睫. 海藻植物生长促进剂对人 、畜无毒无害 , 对环境无污染 , 在国外列入有机食品专业肥料 , 因此 , 开发利用势在必行. 我国的海藻资源十分丰富 , 仅大型经济海 藻就有 100 多种 , 其中不乏高活性的种类 , 其开发和应用前景是十分广阔的.4 参 考 文 献 chap man v j . seaweeds and their u ses m . lo ndo n : lo ndo n press. 1950 . 133 2149 .12345范晓. 海藻作为饲料添加剂的研究和利用 j .饲料工业 , 1991 , 12 : 14216 .范晓. 多效植物肥 海藻提取物 j .海洋科学 , 1987 , 5 : 59262 .韩丽君. 海藻植物生长调节剂中的活性组分 j . 海洋科学 , 1999 , 5 : 20221 .misako kato , mi ho sakai , kyo ko adachi , et al . dist ributio n of betaine lipids in marine algae j . ph ytochemist ry ,1996 , 42 (5) , 1 34121 345 .韩丽君 , 范晓 , 房国明. 海藻提取物对蔬菜种子萌芽的影响 j .海洋科学 , 2000 , 24 (11) : 8210 .678910111213严小军 , 范晓 , 侯小林. 海藻中稀土元素的初步研究 j .海洋与湖沼 , 1999 , 30 (5) : 5582563 .秦青 , 张文举