植物生物刺激素

‘植物生物刺激素’主要介绍了目前植物生物刺激素的作用、定义、分类和世界应用概况；分章介绍了微生物及其制剂 包括植物根系促生菌剂、菌根真菌、木霉及其提取物的特性征及应用：介绍腐殖酸的作用及研究的一些进展 腐殖酸对作物的影响机理及效果；蛋白质水解物 包括蛋白质的水解方法、分类、对作物代谢的影响及机理；海藻及其提取物对作物生长的刺激作用 对作物代谢的影响及其应用方法；甲壳素、壳聚糖及其衍生物的化学结构、制备、对作物的生长刺激作用及作物的农学反应以及无机元素硅、亚磷酸盐和三十烷醇对作物生长的作用机理及有关产品。’植物生物刺激素’主要用于农业技术人员指导农业生产中植物生物刺激素的合理使用 也可以作为肥料研发人员和大专院校师生的参考资料。

白由路：中国农业科学院农业资源与农业区划研究所研究员 博士生导师。现任植物营养与肥料研究室主任、中国农业科学院国j1a测土施肥中心实验室主任等职 曾获河南省科技进步二等奖一项、星火科技三等获二项、河南省*科技进步一等奖一项、二等奖二项。主编有’测土施肥原理与技术’、’微机操作精解’、’精准农业与土壤养分管理’、’高效土壤养分测试技术与设备’等著作。撰写研究论文30多篇。

靠前章概述为了满足不断增长的人口对粮食的需求、面对环境的压力 农业必须靠创新的方法来解决粮食和环境的问题-1。特别是近年来 由于优xuan气候变化 传统的肥料施用对温室气体的排放-2和水体质量-3产生重大的影响 人们开始关注传统农业投入品以外的物质 生物刺激素-Biostimulants就是在这种情况下逐步进入了人们的视野-4。生物刺激素一词来源已久 AMKinnersley在1993年就对市场上的生物刺激素产品进行了描述-5 在有关企业的推动下 2011年6月 欧洲成立了欧洲生物刺激素工业委员会-European
Biostimulant
Industry
Council 简称EBIC-6 2011
年7
月在美国成立了一个生物刺激素联盟-Biostimulant
Coalition-7,2012年 在法国的斯特拉斯堡召开了靠前届靠前生物刺激素大会-8,2015年11月 D1二届靠前生物刺激素大会在意大利的佛罗伦萨召开 参会人数有1
000人之多-9。而生物刺激素企业所宣称的效果更加神奇 “您的植物增长的奇迹”“一种全面的有机生长促进剂”“生物激活剂将有助于疾病和胁迫的影响降低到大力度优惠限度”等-10。2016年7月 由中国植物营养与肥料学会施肥专业委员做技术支持的“中国生物刺激素高层论坛” 将原来中国生物刺激素的应用从“犹抱琵琶半遮面”的状态正式提到了前台。种种迹象表明 生物刺激素在农业上的应用势不可挡 生物刺激素究竟是什么物质？它在农业生产中具有什么样的作用？它与传统的农业投入品有什么不同？生物刺激素有哪些类型？它在靠前外的应用现状如何？本章将就以上问题作为全面的论述。11生物刺激素的概念与功能111生物刺激素是什么物质生物刺激素-Biostimulants是一个什么样的物质？目前尚无确切定论 因为它是一种具有混合功能的一类物质。到目前为止 其名称有10余种之多 如诱导因子-Elictors、生长调节剂-Growth
regulators、植物抗性增强剂-Plant
defense
enhancers、天然抗性促进剂-Natural
defense
promoters、植物生物刺激素-Plant
biostimulants、活力增强剂-Vigour
enhancers、植物强壮剂-Plant
strengtheners、生理激活剂-Physioactivators等-11。有人认为 生物刺激素是介于植物保护产品-农药和肥料之间的一种东西 就像功能食品是介于食品和药品之间一样-11 在D1二届“靠前生物刺激素在农业中的应用”大会上 Valagro公司将生物刺激素认为是加强作物的新农业投入品 并将生物刺激素在作物健康中的作用与人类的健康相比较,把人类的基本食品比作为作物健康中的肥料 功能食品和益生菌比作为生物刺激素 人类的疫苗比作为增加植物抗性物质 医用药品比作为农药-杀虫剂和杀菌剂。通过文献-12 可以看出 人们在定性生物刺激素时 都将生物刺激素与肥料进行了明确的区分 这是因为在欧盟-Regulation-ECNo
2003/2003的法律中 明确“肥料是以提供植物营养为主要功能的物料” 这就明确了以改善植物生长状况的生物刺激素不提供植物养分。这也是为什么欧洲一些企业急于推进欧盟在生物刺激素方面进行立法的主要原因。112生物刺激素的定义关于生物刺激素一词 抢先发售出现在科学文献中的定义是“生物刺激素是一种当少量施用时能促进植物生长的物质 而不是肥料”-13。EBIC在其网站上定义生物刺激素为：植物生物刺激素是一类制剂或微生物产品 当这些制剂或微生物应用于植物或根区时 能刺激植物的增加营养吸收、提高营养效率、提高抗性或作物品质-Plant
biostimulants
contain
substance(sand/or
microorganisms
whose
function
when
applied
to
plants
or
the
rhizosphere
is
to
stimulate
natural
processes
to
enhance/benefit
nutrient
uptake nutrient
efficiency tolerance
to
abiotic
stress and
crop
quality-6。
美国生物刺激素联盟在其网站上引用了美国植物食品管制官员协会-Association
of
American
Plant
Food
Control
Offis AAPFCO2007年关于生物刺激素的定义 即有益物质：任何被科学研究证实的 当其被外源施用时 对一种或多种植物有益的物质或化合物-不能是主要、次要和微量植物营养元素-Benefi
Substance：Means
any
substance
or
compound
other
than
primary secondary and
micro
plant
nutrients
that
can
be
demonstrated
by
scientific
research
to
be
benefi
to
one
or
more
species
of
plants when
applied
exogenously-7。Du
Jardin
2015年在总结了前人的研究后 为生物刺激素定义为：植物生物刺激素是一种制剂或微生物 当应用到植物上时 其目的是强化营养效率、增加非生物胁迫的抵抗能力、提高作物品质特征等 与其养分含量无关-14
。实际上 生物刺激素一词由来已久 可追溯到是19世纪后叶Charles
Darwin发现的植物生长素-15 WFLoehwing
1937年在其论文中的植物促进物质中就有对植物刺激素-Plant
Stimulants的描述-16 1993年AMKinnersley在其论文中详细描述了的市场应用情况 指出有300多种生物刺激素以非传统-Nonconventional方式进入市场-5。113生物刺激素的作用有关生物刺激素对植物的作用 目前一般认为主要表现在以下几方面：一是少量应用时 可增进植物生长和发育；二是有助于改进植物营养效率 即促进植物对养分的吸收 同时减少养分向环境的损失；三是作为土壤改良剂可改善结构与功能 从而增加作物的响应-7。但是 由于生物刺激素的复杂性 目前对生物刺激素在作物方面的作用机理还有待于进一步的研究 在很多学者看来 目前的生物刺激素很像是“万金油”-snake
oil、“鸡尾酒”-cocktail-16 这都有待于深入的研究与探讨。这里指出 在西方国j1a 生物刺激素虽不被认为是肥料 但基本上是通过肥料进行产品登记的 在中国 生物刺激素目前还没有作为一类产品出现 按照我国农业部在’中华人民共和国农业部肥料登记管理办法’-中华人民共和国农业部令
D132号 2000年6月12日中对肥料的定义为“本办法所称肥料 是指用于提供、保持或改善植物营养和土壤物理、化学性能以及生物活性 能提高农产品产量 或改善农产品品质 或增强植物抗逆性的有机、无机、微生物及其混合物料” 生物刺激素应属肥料管理的范畴 但是 我国在生物刺激素的管理上 都是要与养分结合 才能成为肥料产品 单独使用的生物刺激素产品尚在争议当中。12生物刺激素的种类由于目前对生物刺激素的研究还不够深入 对生物刺激素的种类不同的学者也分类不一。2012年,Patrick
du
jardin
把生物刺激素分为八大类 即腐殖物质-Humic
substances、复杂有机物-Complex
organic
materials、有益化学元素-Benefi
chemical
elements、无机盐 包括亚磷酸盐-Inorganic
salts including
phosphate、海澡提取物-Seaweed
extracts、甲壳素和壳聚糖及其衍生物-Chitin
and
chitosan
derivatives、抗蒸腾剂-Antitranspirants、游离氨基酸和其他含氮物质-Free
Amino
acids
and
other
Ncontaining
substances-17。2014年 Pamela
Colvo等根据欧洲和北美的定义 将生物刺激素分为五大类 即微生物菌剂-Microbial
inoculants、胡敏酸-Humic
acids、富里酸-Fulvic
acids、蛋白质水解物-Protein
hydrolysates、海澡提取物-Seaweed
extracts-18。2015年 Patrick
du
jardin又把生物刺激素分为了六大类 即胡敏酸和富里酸-Humic
acids
and
fulvic
acids、蛋白质水解物和其他含氮物质-Protein
hydrolysates
and
other
Ncontaining
substances、海澡提取物和植物制剂-Seaweed
extract
and
botanicals、壳聚糖及其他生物高聚物-Chitosan
and
other
biopolymers、无机化合物-Inorganic
compounds、有益真菌-Benefi
fungi-14。在2015年D1二次靠前生物刺激素在农业中的应用大会上 大会Patrick
Brown
将生物刺激素分为五大类 即微生物制剂及提取物-Microbial
inoculants
and
extracts、水解和消化的动物残体-Animal
based
hydrolyzates
and
digests、胡敏酸和富里酸-Humic
acids
and
fulvic
acids、海澡及植物提取物-Algal/plant
extracts、无机及合成产品-Inorganic
and
synthetic
products通过以上分析 结合目前市场实际 有几种产品是认可的 一是微生物制剂及提取物-Microbial
inoculants
and
extracts 二是腐殖物质-Humic
materials、三是海澡及植物提取物-Seaweed/plant
extract、四是蛋白质水解物及其他含氮物质-Protein
hydrolysis
and
other
Ncontaining
substances、五是壳聚糖及其他生物高聚物-Chitosan
and
other
biopolymers、六是无机及合成产品-Inorganic
and
synthetic
products。本书将在以后的章节中 对不同种类的生物刺激素进行详细论述 这里不再赘述。13生物刺激素的一般特性根据以上对生物刺激素的描述 之所以把很多物质或微生物统称为生物刺激素 它们在性质、功能和用法方面具有一些相同的特性 可归纳为以下几方面。131性质多样性生物刺激素包括制剂和微生物 这些制剂中有些是单组分物质-如甘氨酸甜菜碱 也有一些是取自于一种天然物质的单组分物质混合物-如海藻提取物。这里所论述的制剂主要是指自然产生的有机化合物或无机分子 但也不排除 合成物质。特别是含有植物生长调节剂在内的生物刺激素 例如 硝基苯酚就是商业化生物刺激素 但是合成酚类化合物如果注册为生物刺激素需要依据欧盟的法律-19。微生物菌剂可以是单一菌株 也可以是相同功能叠加或协同的混合菌剂。根据一些资料 目前 生物刺激素也可以是生物活性成分添加到肥料或其他植物产品中的商业化产品。这些主要取决于不同地区对生物刺激素的监管。132生理功能多样性这里所述的生理功能是指生物刺激素对植物生理过程的作用 如指保护光合作用器官抵御光损害、促进作物侧根形成等。这些功能是由植物细胞机制决定的 如植物体内活性氧的清除是靠抗氧化剂或增加生长素转运蛋白的合成来实现的。植物的生理功能和细胞机制可以表征为生物刺激素的“作用模式” 用这些“作用模式”可以解释生物刺激素的农业功能 如提高植物对非生物胁迫的抗性、提高氮素利用率-主要是通过增加根量、提高侧根密度来实现的。农业功能很后还表现在经济环境效益方面 如提高产量、节约肥料、改进品质、增加效益、保护环境等方面-20。133聚焦农业功能由于生物刺激素的作用对象主要是农作物 所以 其农业功能必须强调 即提高营养效率、提高作物对非生物胁迫的抗性、改进作物品质性状等。品质性状又涉及其营养价值、子粒蛋白质含量、货架期等。这些综合作用是生物刺激素定义的基础。许多生物刺激素物质如壳聚糖、昆布多糖 一些益生菌等都能诱导植物病原反应和植物基因的调节作用。但是 目前比较一致的认为 植物的生物胁迫应不包括在生物刺激素作用之列。14生物刺激素的发展前景根据欧洲生物刺激素工业委员会-EBIC报导 2012年 欧洲生物刺激素应用面积达到620万公顷-1公顷＝10
000平方米 全书同 该数据包括重复使用的作物面积 如果不含重复使用面积 欧洲2012年实际使用生物刺激素的作物面积为300万公顷。年增长率约为10百分号 从历目前看 生物刺激素主要应用于高价值作物 如保护地种植的作物、果园-葡萄、柑橘、核果、苹果、梨、露地蔬菜-番茄、沙拉等和园艺产品-花卉和观赏植物。近年来 农业市场一直在发生重大变化 在欧洲高价值作物产品面临低价格 挤压着强大的食品分销链和其他地区国j1a的竞争。相反 价格的波动使得大面积种植低价值作物的农田转向种植高价值作物 补贴的减少意味着他们必须在自由市场条件下越来越多地xuan择经营 他们受益于xuan择哪种作物 但必须仔细监测和管理与投资回报率-ROI有关的每一个输入。因此 对于生物刺激素市场的迅速扩张 即使在欧洲也只是这种转变的开始。调查发现 生物刺激素的增加也与谷物作物的大量应用有关 在欧洲 向欧洲以外国j1a出口的扩张速度还高于欧洲市场本身 据估计 2012年 生物刺激素的市场约为5亿欧元-21。有人估计 到2021年 生物刺激素的市场规模预期可达291亿美元 2016年至2021年的年均增长速率为104百分号 到2021年 生物刺激素的应用面积将达到2
490万公顷 面积年均增长效率达117百分号。其中 北美市场占40百分号 欧洲市场占25百分号 亚太市场占22百分号 拉美市场占13百分号-22。目前使用生物刺激素的作物主要有以下几类。果树类：柑橘、坚果类、核果、鲜食葡萄、酒用葡萄、橄榄等。蔬菜类：西兰花、白菜、胡萝卜、菜花、黄瓜、茄子、大蒜、瓜类、洋葱、辣椒、马铃薯、莴苣、西葫芦、草莓、番茄、西瓜等。谷物类：大麦、玉米、水稻、小麦、油菜、甜菜等。园艺类：花卉及观赏植物、苗圃、草坪等-21。15我国生物刺激素的管理与应用概况生物刺激素在我国还是一个新的概念。至今还没有确切的定义与物质界定。但是 我国应用生物刺激素的历史已有很长一段时间 在20世纪50年代开始 我国就十分重视泥炭腐殖酸资源的开发利用-23。目前 我国对生物刺激素的管理实际上是在肥料和农药两个领域 以肥料为主。在肥料管理方面 没有把生物刺激素作为一类物质管理 而是进行了分类管理。对照靠前认可的生物刺激素分类-14 我国生物刺激素的具体管理方法如下。微生物制剂及提取物：我国将微生物作为一大类肥料进行管理 目前 把微生物肥料基本分为三大类 一种是菌剂类 按照’农用微生物菌剂-GB20287—2006’国j1a标准 液体菌剂每毫升有效活菌数不小于2亿个 粉剂每克有效活菌数不小于2亿个 颗粒产品每克有效活菌数不小于1亿个 并符合其他指标。D1二类是生物有机肥类 根据’生物有机肥-NY884—2004农业行业标准 每克产品有效活菌数不小于02亿个 有机质-干基计不低于25百分号 并符合其他指标 D1三类是复合微生物肥料类 根据’复合微生物肥料-NY/T798—2004’农业行业标准 液体复合微生物肥料有效活菌数不小于05亿个 总养分不低于40百分号 粉剂和颗粒型产品有效活菌数不小于02亿个 总养分不低于60百分号。有关有效活菌的功能性方面正在逐步细化。水解和消化的动物残体：水解和消化的动物残体类生物刺激素的管理 依据’含氨基酸水溶肥-YN1429—2010’农业行业标准 含氨基酸水溶肥分三种情况 即中量元素型固体肥料 主要指标是游离氨基酸不少于10百分号 中量元素不低于3百分号；中量元素液体肥料 主要指标是游离氨基酸不少于100克/升 中量元素不低于30克/升；微量元素液体型肥料 主要指标是游离氨基酸不少于100克/升 微量元素不低于20克/升 同时符合其他指标。对于肥料中的氨基酸种类没有明确要求。胡敏酸和富里酸：根据我国含胡敏酸和富里酸的肥料标准’含腐植酸水溶肥料-NY1106—2010′ 含氨基酸水溶肥分三种情况 即大量元素型固体肥料 主要指标是腐植酸含量大于3百分号 大量元素不低于20百分号；大量元素液体肥料 主要指标是腐植酸含量不少于30克/升 大量元素不低于200克/升；微量元素型肥料 主要指标是腐植酸含量不少于3百分号 微量元素不低于6百分号 同时符合其他指标。对其中腐植酸种类没有具体要求。同时 我国农业部目前还没有对非水溶性肥料 特别是大量元素复合肥中添加腐植酸没有具体规定。中国腐植酸工业协会多年来一直致力于腐植酸肥料标准的制订 目前制订了’腐植酸有机—无机复混肥料’协会标准 将腐植酸有机—无机复混肥料分为三个类型 其主要指标是Ⅰ型总养分含量大于15百分号 腐植酸总量大于20百分号 Ⅱ型总养分含量大于25百分号 腐植酸总量大于15百分号 Ⅲ型总养分含量大于30百分号 腐植酸总量大于10百分号-24。海藻及植物提取物：有关海藻及植物提取物的管理 我国目前没有具体的标准 在肥料登记时 是按有机水溶肥进行登记的 我国目前有机水溶肥中的主要指标是有机质 根据有机质类不同 对其含量要求也不相同 什么种类的有机质需要多少含量 需经过专家委员会认可。无机及合成产品：主要是按土壤调理剂进行管理。截止到2017年1月 我国农业部登记的含生物刺激素类的肥料品种12
750个有效肥料登记证 其中涉及生物刺激素的肥料有7
354个 占农业部肥料登记的577百分号。在涉及生物刺激素的肥料登记中 微生物肥料3
061个 占涉及生物刺激素肥料登记的416百分号 其中微生物菌剂1
187个、复合微生物肥料833个、生物有机肥1
028个。含氨基酸水溶肥2
061个 占涉及生物刺激素肥料登记的280百分号 含腐植酸水溶肥料2
072个 占涉及生物刺激素肥料登记的282百分号。有机水溶肥160个 占涉及生物刺激素肥料登记的22百分号。参考文献-1David
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Use
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TdeP1TilXNFEtj4aVz0NOaEQzyO2ocAaplTw_Xv_lJX3rXizvs
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