植物与土壤的氨基酸营养研究进展植物氨基酸

植物与土壤的氨基酸营养研究进展植物氨基酸 植物与土壤的氨基酸营养研究进展 张强，陈明昌，程滨，杨治平，丁玉川，刘平 （山西省农业科学院土壤肥料研究所，山西太原030031） 摘要：氨基酸是土壤有机氮的重要组成部分，土壤中的部分细菌和真菌在生理代谢过程中可将其作为前体合成植物生长调节剂，刺激或促进植物的生长和发育。就近年来国内外在生长素前体的筛选与确定以及对植物生长发育的效果进行了综述。 关键词：植物生长调节剂；氨基酸；生物合成；前体 植物生长调节剂的应用，具有效果显著、施用方便等优点。存在的问題是，合成过程复杂、稳定性差、纯度低、价格昂贵，而且多为非水溶性物质等。因此寻找一种简便易行、价格低廉的合成前体及合成途径，成为研究和应用植物生长调节剂的重要课題，也是研制新型肥料添加剂的热点所在。土壤氨基酸是土壤微生物重要营养源，土壤微生物在代谢过程中可利用氨基酸为前体，通过生物途径合成植物生长调节剂，刺激植物的生长，调节植物的生理过程。人为施用外源氨基酸同样也可以通过土壤微生物的代谢活动合成植物生长调节刑，这样不仅可以解决上述问题，而且可以将其作为添加剂加入到肥料中，既发挥了肥料的营养功能，又发挥了植物生长调节剂的作用，因此受到了广泛的关注。 1 氨基酸是植物生长调节剂生物合成的前体 氨基酸是土壤有机氮的重要组成部分，也是土壤微生物的重要营养源。研究结果表明，植物根系分泌物中的自由氨基酸含量高于根际以外区域的含量，而根际的吲哚乙酸（IAA ）含量是根际外的3 5倍。微生物在生长代谢过程中，利用氨基酸作为其氮源，同时合成植物生长调节剂。大量研究结果表明，L TRP 是生长素IAA 的生物合成前体，而L MET 和L ETH 是乙烯的生物合成前体。 IAA 是生长素中发现最早同时作用最为强烈也最稳定的植物生长调节剂。作为IAA 生物合成的前体，L TRP 在土壤氨基酸中仅占2%，但却是土壤和植物体内IAA 合成的重要物质。 早在1935年，Thimann 首次证明了当L TRP 与根霉属suinus 一起培养时，L TRP 是植物激素IAA 的前体。在植物体内，L TRP 是由3 -磷酸莽草酸经分支酸和邻氨基苯甲酸合成的。 1987年，Frankerberger 和Poth 用离子抑制高效液相色谱（HPLC ）-uv 光谱测定法，证明了由土壤根界面分离出来的一种荧光假单胞菌能把L TRP 转变成为IAA ，从而建立了由L TRP 合成IAA 的微生物途径。 乙烯是植物体内重要的内源激素，它的存在直接影响植物的成熟。土壤内含有一定量的真菌和细菌，它们在代谢过程中利用土壤中的氧基酸合成乙烯。等研究表明，玉米根际 内含有大量的微生物区系，可以将土壤中的氧基酸合成为乙烯。乙烯的生物合成前体主要是L MET 和L ETH ，其合成数量与土壤肥力状况、有机质含量等因素有关。乙烯的作用浓度一般都很低。 L TRP 合成IAA 以及L MET 和L ETH 合成乙烯都与氨基酸的浓度和纯度密切相关， 另外还与土壤pH 值、温度、水分状況、肥力状况、有机质含量等因素有关。 2 土施氨基酸对植物生长的影响 据报道，土施IAA 溶液对作物生长也有明显效果，但增产效果低于土施L TRP 。另外， IAA 是非水溶性物质，而且价格昂贵，使用浓度范围很狭窄，不易掌握。土施L TRP 不仅效果好于土施IAA ，而且价格便宜，施用方便，同时经微生物途径合成的IAA 作用平缓，能均匀稳定地刺激作物生长。 据Frankenberger 等报道，在萝卜幼苗出土时，土施植物生长素前体L TRP 3mg/kg，使萝卜 根干重比对照増加31%，同时能提髙根冠比。但当施用浓度提髙到300mg/kg后，萝卜产量不仅没有提高，反而降低了 12%；当施用浓度降低到310-4mg/kg后，不再有增产效果。研究结果表明L TRP 的土施浓度为0.00330mg/kg，最佳浓度为3mg/kg，而且大棚的施用效果好于大田。另外，叶面喷施L TRP 后各个浓度均无增产效果。Frankenberger 和Arshad 将L TRP 于移植前2周施入土壤，能使西瓜和甜瓜产量提髙69%和42%，平均单42 瓜重量分别提髙 43%和36%。陈振德等研究结果表明，土施50510-4mg/kg LTRP ，能使甘蓝产量提髙7.1%35.0%，全株重量提髙2.4%23.2%。其中土施L TRP 5510-3mmg/kg 的产量较髙，平均増产31.6%，而且净菜率提高。 Arshad 等的研究结果表明，土施L MET 和L ETH 后，能使土壤内的乙烯含量比对照提髙299倍和313倍。土施L MET 1.85mg/kg能显著提高玉米干物重、株高、茎粗、叶 -3面积以及产量。番茄土施 L ETH 2210mg/kg能显著提高结果数、单果重和产量，同时 结果时间提前。其中，土施 0.2mg/kg处理的产量最髙，0.2mg/kg处理的果实数最多，而0.2mg/kg处理的平均单果重量最髙。 3 土施氨基酸对植物养分吸收的影晌 陈振德等研究表明，土施L TRP 后，明显提髙了甘蓝植株对氮素的吸收能力，与对照相 比，平均提髙17.4%，植株氮浓度平均提髙7.2%。在所有供试浓度中，以土施5mg/kg处理的氮素吸收量最大，比对照增加34.4%。同时，土施L TRP 促进了氮素向球叶的运转和分配， 增加了氮素在球叶中的积累，提髙了甘蓝的收获指数。磷和钾的吸收以及植株中磷钾的浓度与氮素基本相同，最大吸收量都出现在L TRP5mg/kg处理。土施L TRP 加强了磷素向球叶的运转能力，促进了磷素在球叶中的积累，从而提髙了磷素的收获指数。但钾素的分配情况与氮、磷相反，即L TRP 降低了钾素在球叶中的积累，相对增加了钾素在外叶中的滞留量，使 钾素收获指数降低。Frankenberger 等的研究结果也表明，土施L TRP 后，萝卜、西瓜、甜瓜的氮素吸收量明显增加。陈明昌等研 究结果表明，土施L TRP ，L MET 和L ETH 后，玉米对各种养分的吸收量明显增加，其中L TRP 的效果尤其突出。值得注意的是，土施L TRP ，L MET 和L ETH 后，磷、钙、镁、铁、锰、铜、锌的吸收量提髙，这对提髙我国北方石灰性土壤磷以及微量元素的有效性具有重要的意义。 4 研究展望 从现有研究结果来看，土施氨基酸对植物生长发育以及养分吸收具有明显的效果，这种效果是因为施到土壤中的氨基酸通过土壤微生物作用，产生的生长素的生理效应所致。如果氨基酸单纯