农药快讯:2019年第17期
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植物生物刺激素的分类
更新时间:2019-10-08 点击量:1133

    近几年全球农资市场上有一个很火的新名词:植物生物刺激素(Plant biostimulants)。这个由美国教授提出,在欧洲发扬光大的词汇,吸引了全球范围内的各大企业和机构的注意力,植物生物刺激素也在短短几年就形成了一个全世界热点的概念和产品类型。

 

    植物生物刺激素官方定义:植物生物刺激素包括一些活性物质和(或)微生物,当应用于植物或植物根系周围时,这些物质和(或)微生物可以刺激植物自然生理过程,以增强或有益于植物对营养的吸收、营养吸收效率的提升、对非生物胁迫的耐受性和农作物品质的提升。

 

    目前全世界公认的植物生物刺激素的产品,从来源上来分,有4大类:(1)海洋来源;(2)矿物源、发酵产物;(3)微生物源;(4)植物源。

 

1  海洋来源

    海洋来源的生物刺激素,主要包括海藻及甲壳素类物质。

 

1.1  海藻

    海藻是生长在海洋中的低等光合营养植物,是海洋有机物的原始生产者。相关研究表明,海藻的有效成分与含有的活性物质达66种以上,包括海藻多糖、酚类多聚物、甜菜碱、植物生长素、细胞激动素、褐藻糖胶、甘露醇、有机碘等。

 

  这些物质可以促进植物体内有机物和无机物的上下输送导向,调节细胞的渗透作用,促进作物生长,诱发作物产生抗逆因子,提高机体免疫力活性,增加作物抗病性;也可打破休眠,促进植物生长,抑制衰老等。另外,海藻酸还具有破除土壤板结、延缓盐渍化的作用。

 

1.2  甲壳素类物质

    甲壳素是一种从海洋生物如虾类、蟹类等的外壳提取而来的物质,经脱乙酰基以后可得到壳聚糖,进一步酶解以后得到壳寡糖,又叫氨基寡糖素,里面有单糖一直到壳十糖,每一种糖类都有其一定的功能性,直接溶于水,99%以上可以被农作物吸收利用。

 

    甲壳素类物质主要是通过激发植物自身的免疫反应,使植物产生酚类化合物、几丁酶、葡聚糖酶、木质素、植保素等相关蛋白,以提高作物的抗逆抗病能力,从而起到抗逆、抗病虫和增产的作用。

 

    海洋来源的生物刺激素产品以欧美等发达国家为代表,这些地区海洋资源丰富,研究时间较长,工艺与应用方面都已经有了较长历史,产品技术比较成熟。国内虽然也有一些相关产品与技术,但是我们起步晚、资源不足,整体来说还是不及欧美地区。

 

2  矿物源、发酵产物

    这类物质其实在国内已经有了较长及较广的应用,比如经常用的氨基酸叶面肥、水溶肥等,只是之前较多的都归为肥类,主要包括腐殖酸、氨基酸等。

 

2.1  腐殖酸

    腐植酸是动植物遗骸经过微生物的分解和转化以及一系列的化学过程和积累,而形成的一类有机物质,可刺激作物生长、提高作物产量和品质,具有良好的化学活性和生物活性。

 

    腐植酸中,最具生物活性的就是黄腐酸,既溶于水又溶于酸的部分称为黄腐酸。黄腐酸又名富里酸,因其呈黄色而得名,易溶于水,应用于植物或植物周边可以起到调节作物生长、减少作物蒸腾、改良土壤、保水抗旱等作用。

 

2.2  氨基酸

    氨基酸是构成蛋白质的基本物质,是作物生长发育必须的物质。氨基酸在植物体内的作用主要包括这3个方面。

 

    (1)氨基酸是构成植物细胞以及各种酶的基本单位,对作物施用可以促进叶绿素的合成,氨基酸中氮元素含量很高,而且能被植物吸收,因此可以快速补充营养。同时氨基酸激发生长潜能,促进植物根深叶茂、花多果靓。

 

    (2)氨基酸是很多物质合成的前体或中间物质,如生长素类内源激素等,因此施用氨基酸可以起到促进萌发、调节生长等作用,同时氨基酸在作物中结合合成多肽类物质,通过螯合作用可以提高作物对大中微量元素的吸收与利用。

 

    (3)多种氨基酸都与植物抗逆相关,这些氨基酸可以通过调节气孔开合,细胞渗透压等减少作物的蒸腾作用,减缓逆境对作物带来的危害。

 

    18种高活性左旋游离氨基酸在植物体内的作用。丙氨酸:增加合成叶绿素,调节开放气孔,对病菌有抵御作用。精氨酸:增强根系发育,是植物内源激素多胺合成的前体,提高作物的抗盐胁迫能力。天多氨酸:提高种子发芽,蛋白质的合成,并为压力时期的生长提供氮。半胱氨酸:含有氨基酸维持细胞功能,并作为抗氧化剂的硫。谷氨酸:降低作物体内硝酸盐含量;提高种子发芽,促进叶片光合作用,增加叶绿素生物合成。甘氨酸:对作物的光合作用有独特的效果,利于作物生长,增加作物糖的含量,天然金属整合剂。组氨酸:调节气孔开放,提供碳骨架激素的前体,细胞分裂素合成的催化酶。异亮氨酸和亮氨酸:提高抵抗盐胁迫,提高花粉活力和萌发,芳香味的前体物质。赖氨酸:增强叶绿素合成,增加耐旱性。蛋氨酸:植物内源激素乙烯和多胺合成的前体。苯丙氨酸:促进木质素的合成,花青素合成的前体物。脯氨酸:增加植物对渗透胁迫的耐性,提高植物的抗逆性和花粉活力。丝氨酸:参与细胞组织分化,促进发芽。苏氨酸:提高耐受性和昆虫病虫危害,提高腐殖化进程。色氨酸:内源激素生长素吲哚乙酸合成的前体,提高芳香族化合物的合成。酪氨酸:增加耐早性,提高花粉萌发。缬氨酸:提高种子发芽率,改善作物风味。

 

3  微生物源

    微生物源刺激素主要包括对植物有益的微生物及其代谢产物,这也使得生物农药与生物刺激素的界定比较模糊,很多具有调节作物生长以及周边环境的微生物会归类到生物农药范畴。原理主要是通过筛选出有活性的微生物或代谢产物,与病菌竞争或刺激作物提高免疫力,达到促进作物生长、改良土壤、提高作物抗逆抗病虫等作用。

 

4  植物源

    植物源生物刺激素是指从植物中提取出来的,具有调节作物生长发育,提高作物抗逆、抗病能力,促进作物营养吸收等作用的活性物质,如甙、酸、多酚、多糖、萜类、黄酮、生物碱等(表1)。植物源生物刺激素取于植物用于植物,与农作物具有最高的相融性,因此作为生物刺激素来说效果最好。


表1  国内对具有农药活性植物的筛选

分类

植物活性成分筛选

植物源杀虫剂

卫矛科、姜科、大戟科、楝科、瑞香科、唇形科、茄科、豆科、柏科、百部科、菊科、芸香科、攀打科、天南星科等植物具有杀虫活性

植物源杀菌剂

楝科、豆科、茄科、菊科、瑞香科、伞形科、马兜铃科、唇形科、葫芦科、菱科、木兰科、百合科等植物具有杀菌活性

植物源病毒抑制剂

菠莱和合欢等多种植物对烟草花叶病毒有抑制作用

植物源杀螨剂

楝科、豆科、茄科、菊科、瑞香科、唇形科等植物有杀螨作用

植物源杀线虫剂

臭草、孔雀草、百日菊等可用于线虫防治

植物源除草剂

中国粗榧对杂草具有良好的异株克生作用

植物保鲜剂

丹参、肉桂醛、丁香叶油及荷叶等对鲜果有保鲜效果

植物源调节剂

油菜素内酯、茉莉酸、寡糖素等参与植物生长和发育的调控

 

    实际上,我们常用的植物生长调节剂都是根据从植物中提取的活性物质的结构,人工合成其类似物。而植物提取物由于其中的活性物质更加天然,与农作物的亲和力更强,因此表现的调节、抗逆等作用将会更佳。

 

    比如,全球著名的Marrone Bio Innovative公司从中药材虎杖(Reynoutria sachalinensis)中提取的活性物质,可以通过触发作物产生抗病生物化学物质(诱导系统抗性)从而起到防治作物病害的效果,同时增强作物健康、产量以及品质。

 

    国内成都新朝阳作物科学有限公司筛选了200多种植物,获得了一系列活性物质,比如,百里香提取物、苦皮藤提取物、藜芦提取物等,这些植物提取物均具有不同程度的调节作物生长、增强作物抗病、抗逆能力、提升作物产量与品质的作用。

 

    中国的植物提取物产业由于受到传统中医药文化的影响,具备独特的发展优势。凭借着丰富的资源优势和技术优势,中国现已成为世界上最重要的植物提取物供应地之一。

 

    植物提取物是生物医药的核心原料和产品,目前被广泛应用于植物药、食品添加剂、功能性食品、化妆品等生产领域。但是中国起步较晚,缺乏国外相关技术。中国是世界上公认的植物药大国,却不是植物药强国,在国际植物提取物市场上中国所占的份额不足10%,提升空间与潜力巨大。

 

    中国具有得天独厚的植物源生物刺激素资源,欧美等国家各行业使用的植物提取物资源80%~90%都来源于中国、印度等亚洲国家和地区。当这些植物中提取的活性成分作为生物刺激素在亚洲地区的农业上应用时,由于植物生长气候相似,这些活性物质对于作物的相融性会更高,表现的效果将会更好,因此亚洲植物源生物刺激素市场前景巨大。

 

    此外,2018年《全球生物刺激素市场概览及市场开发策略》报告指出,全球生物刺激素市场增长迅速,年复合增长率高达12.5%。其中亚太市场,尤其是中国市场,将是生物刺激素增速最快的市场(表2)。

 

表2  全球生物刺激素市场(百万美元)

区域

2011

2012

2013e

2018p

年复合增长率(%)

北美

225.3

243.3

264

473.9

12.4

欧洲

440.2

471

506.3

901.2

12.2

亚太

209.6

226.4

243.3

445.3

12.8

拉美

131

144.1

160

312.7

14.3

其他

41.9

47.1

71.4

107.9

8.6

合计

1,048

1,131.8

1,245

2,241

12.5

注:e表示估计值;p表示预期值

 

    另外,据Markets & Markets机构调查分析,2016—2021年,草坪和观赏植物板块有望成为欧洲生物刺激素增速最快的板块,条播作物板块则有望成为亚太地区生物刺激素增速最快的板块。

(来源:生物农药视界)

 

农药快讯, 2019 (17): 43-45.


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