生物刺激素的应用现状及在园艺植物中发展前景

黄祥富

摘要：化学农药和肥料的应用促进了现代农业的发展，但是随着人们对生态环境的关注及农业可持续发展理念的践行，越来越多的人意识到长期及不合理使用农药化肥容易造成的土壤生态破坏，养分失调，作物品质差，产量低，以及环境污染等一系列问题。生物刺激素不同于肥料和农药。在宏观上，生物刺激素通过刺激植物体内自然的生理过程，改善植物健康状况，提高植物营养吸收效率，从而提高作物抗逆能力，增加产量，并且提高品质；在微观上，生物刺激素通过影响基因表达水平，进而调节生理生化及信号传递过程，从而影响养分、水分吸收及同化产物代谢。因此，生物刺激素在提高作物产品质量的同时还能够实现“助力化肥农药减量增效”的目标，且当植物遇到非生物胁迫因素所造成的生理性病害或气象灾害时，生物刺激素能提高植物抗性，解决肥料和农药解决不了的问题。目前已经广泛应用于番茄、辣椒、莴苣、胡萝卜、草莓、葡萄、西瓜等多种园艺植物中，并起到了很好的作用。

关键词：化学农药；肥料；生物刺激素

生物刺激素最早在法国、意大利、西班牙使用，随后推广其他国家。截至2018年，全球生物刺激素市场销售为22.4亿美元，年复合增长率超过10%，预计2023年可达32亿美元以上[1]。而中国生物刺激素还没有明确的登记地位，大多数产品以新型肥料、肥料或微生物菌剂等形式登记。2018年中国市场销售仅为2亿美元，但是随着国家2020年化肥农药使用量零增长战略的实施，生物刺激素具有巨大的市场空间，必然会有快速的发展[2-3]。

1 生物刺激素的分类和应用

生物刺激素有很多类型，但尚未形成统一的标准，其中已经被广泛应用的包括海藻提取物、腐殖酸、氨基酸和肽、壳聚糖和微生物菌剂等。

1.1 海藻提取物

海藻是海洋中储量最大且可再生的物质资源，在农业生产上的应用源远流长。海藻提取物可以在许多方面影响植物的生长，尤其是在果树、蔬菜，粮食作物生产上，如玉米、水稻、辣椒、番茄、花菜、洋葱、葡萄、柑橘等等进行浸种、叶面喷施或者浇水施灌，目前已有大量的实践和文献报道[2-5]。首先，海藻富含多种陆地植物所缺乏的多糖类物质，其中海藻酸是重要的指标成分，具有凝胶、螯合及亲水等特性，对保持水土、促进团粒结构形成、活化矿质元素、调节土壤 pH值具有良好作用。海藻酸中的羟基和羧基等可以结合氮肥中的 NH4+，形成絡合物，抑制土壤的硝化作用，从而促进氮肥利用。海藻肥中多糖、甜菜碱等物质可调节细胞的渗透作用、促进植物体内养分输送，增强营养吸收。海藻肥所含有机质、活性物质以及微量元素可激活土壤中各类有益菌，显著提高土壤中细菌、真菌和细菌数量，增加有益菌群比例。这些作用有利于植物根系的生长，并提高植物对营养的利用率，从而达到化肥、农药减量增效，提高植物品质的效果。

其次，海藻含有大量的矿物质，多糖，多肽，多酚等物质，这些物质能够使海藻在逆境中正常生存。而海藻提取物也保留了这些物质特性，并能够将这些特性传递给目标作物，提高植物在逆境中的抵抗能力。已有研究证明海藻提取物可显著提高植株体内抗氧化酶活性，降低丙二醛和活性氧的含量，诱导植物体内保护性蛋白合成，因此能够有效减轻干旱和盐分对植物生长的有害影响。不过海藻提取物需要在逆境发生前进行施用和预防，不能进行时候的治疗。

此外，喷施海藻提取物可有效提高植株叶片或幼果叶绿素、类胡萝卜素等色素含量，从而提高植物光捕获潜力，有效改善如辣椒、葡萄等植物果实的颜色[5]。同时海藻还富含生长调节剂类成分能够促进扦插生根、打破种子休眠、促使萌发，促进细胞分裂、胞体增大，还可解除顶端优势、促进侧芽生长等。

海藻提取物产品形式多样，有液体，固体，也有单一海藻提取物和与其他营养物质或生物刺激素的混合提取物。在中国，目前海藻提取物产品主要以新型肥料的形式进行登记。

1.2 腐殖质

腐殖质是动物、植物等有机物残体，经微生物分解转化而形成的一类天然有机的高分子聚合胶体物质，广泛地存在于土壤，沉积物和水生环境中，是土壤有机质的主要组成部分（50%～65%）。腐殖质主要包括胡敏酸，富里酸和胡敏素三种类型。胡敏酸是腐殖质的主要组成成分，呈褐色，溶于碱而不溶于酸，具有胶体性质，对土壤养分的保持及土壤结构的形成具有重要的意义。富里酸颜色较浅，可溶于酸和碱，容易分解，对促进矿物质分解和养分释放具有重要的作用。胡敏酸颜色最深，溶于碱而不溶于酸，性质十分稳定，难以分解。

腐殖质的胶体性质具有促进土壤生物生长，改善土壤结构，从而促进植物根系生长，提高植物营养的吸收，改善植物品质。除此之外，腐殖质，尤其是胡敏酸和富里酸，还含有大量的官能团，如酚羟基，甲氧基，羧基，酮基和醌基等等。这些官能团让腐殖质同时具有疏水和亲水的特性，同时也表现出络合能力，氧化还原能力及生理活性。因此具有提高阳离子交换能力，调节土壤的酸碱平衡，修复由盐和污染物而造成的损害，从而增加了植物的抗逆性，促进了植物的健康生长。如在石榴种植中叶面喷施含有腐殖酸的水溶肥，能够增加10.58%的果实产量，同时减少裂果率，增加石榴果实中维生素C和总糖的含量[6]。在番茄上施用含腐殖酸的水溶肥，不仅能够提高产量，提高肥料的利用率，还能够使采收期提早10d，并增加番茄的产量[7]。

我国腐殖酸资源十分丰富，目前腐殖质的产品种类也多种多样，主要有土壤肥，叶面肥，抗旱剂，调整剂及作为复配产品的主要成分，腐化程度不同产品中所含胡敏酸和富里酸含量也会有所差异。目前腐殖质产品在中国按照肥料登记，也可作为抗旱剂、调整剂和其他复配产品的主要成分。

1.3 氨基酸和肽

氨基酸和肽都是蛋白质水解后的主要物质，存在于所有动物、植物和微生物中，通过酶解法、化学法或者热水解法，可得到氨基酸，多肽和蛋白质的混合物。肽是蛋白质到氨基酸的化学过渡形式，由不同数量的单独氨基酸组合而成。氨基酸作用于植物生长和发育的过程，是许多次生代谢化合物的前身，在植物机体中具有重要的功能。比如脯氨酸，羟脯氨酸具有抗氧化活性，清除自由基从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；丝氨酸，色氨酸，缬氨酸是生长素的前体；天冬氨酸，谷氨酸，赖氨酸，蛋氨酸，苯丙氨酸能够刺激发芽；半胱氨酸，谷氨酸，甘氨酸，组氨酸，赖氨酸具有螯合作用，可以通过减少重金属元素对植物的毒害来缓解环境的压力，同时有助于微量元素的转运和吸收。此外，研究表明氨基酸产品进入植物体内可以参与植物的新陈代谢，促进光合作用，促进二氧化碳渗透，提高酶活性，还能促进种子发芽，木质素的合成，蛋白质降解，细胞组织分化，信号转导，刺激响应、抑制病虫害等，最终通过多重效应来提高植物的品质[2，8-9]。

目前在我国，氨基酸多肽产品主要以水溶肥料或者农药的形式进行登记。可以进行土壤施用或者叶片施用。不过施用于土壤，氨基酸大部分被微生物利用，微生物利用氨基酸产生的次生代谢物或者分解后产生的铵，再被植物利用。而通过叶片吸收，则能利用施用氨基酸的50%。

1.4 壳聚糖

壳聚糖，又称乙酰甲壳素，主要是甲壳类动物、鱼类和海产品外壳中天然的几丁质，通过脱乙酰后得到的产物，具有良好的生物降解性、抗菌活性和成膜性能。壳聚糖也被称为“植物疫苗”，当植物使用壳聚糖处理后，作物表面会形成一层薄膜，为植物提供了物理保护屏障。植物遭遇病原菌或害虫的攻击时，壳聚糖薄膜会与病原菌直接接触，破坏病菌的细胞结构，抑制病原菌的生长与繁殖。而壳聚糖分子还会向着作物表皮细胞内部渗透，与植物细胞膜表面的特异性受体蛋白结合，刺激植物分泌几丁质水解酶，来降解病原菌或害虫细胞壁的几丁质或壳聚糖，同时激活植物的先天性免疫系统，启动一系列的免疫防御反应，应对来自外界的攻击或逆境胁迫[10]。壳聚糖可以有效地抑制镰刀菌属，链格孢属，曲霉属，青霉属等多种植物病原真菌，对马铃薯、番茄、黄瓜等植物的常见病害，均有良好的抑制作用[11]。此外，壳寡糖还能促进植物代谢，提高植物抗性，增加叶绿素含量，增加光合产物，促进根系生长等，提升植物对病虫害的抵抗力、对肥料的吸收和利用力，最终提高作物产量。

目前壳聚糖大部分作为复配产品的成分，如植物保护剂、抗蒸腾剂等进行应用。主要应用在土壤调理剂，叶面肥，营养液，根部浸泡，种子处理和果实处理。同时，壳聚糖还可以作为载体，负载活性成分和矿质元素，起到复合的作用。

1.5 微生物菌剂

土壤微生物的群落结构与植株健康生长发育之间有着密切的联系。首先微生物与作物通过植株的根际效应相互竞争，抑制或拮抗有害病原菌的生长繁殖，从而对土壤微生物群落产生影响；其次，微生物群落对植物产生有利的影响，包括有机质的分解、植物激素类物质的合成、养分的转换和作物抗逆能力的提升；同时作物会受到有害微生物的影响造成土壤及植株本身的病害。因此，土壤健康的变化与微生物的种类和数量息息相关，有益微生物能激发土壤的多功能性。筛选和开发优良菌种及研究先进的发酵工艺已成为当下研究的热点。如丛枝菌根菌是目前农业应用最广泛的真菌。它可以改善植物根迹微环境，提高土壤肥力，同时还能够促进植物根系的生长，提高植物光合效率，提高植物的抗性[8]。

目前微生物菌剂在中国以微生物菌剂或微生物菌肥进行登记，从微生物种类物分，分为细菌性肥料、真菌性肥料和放线菌性肥料。根据肥料的不同状态可以分为固体菌肥和液体菌肥。

2 生物刺激素在园艺植物中的发展前景

2.1 增强植物抵抗逆境和病虫害的能力

随着园艺产业的快速发展，生产设施水平不断提高。高值园艺植物使用专业的温室，荫棚等设施进行生产。但是目前的集约化种植模式难免也会出现水分、温度等胁迫条件，此外病害管理也是植物生产中的难点。生物刺激素的一大优势就是能够通过提高植物自身抵抗力而提高植物抗逆境和抗病虫害的能力。这一作用已经在蔬菜、果树、大田作物试验中得到了充分的证明。

2.2 改善土壤基质生态

随着无土栽培技术使用日渐广泛，园艺植物常用栽培基质泥炭土中就含有大量生物刺激素腐殖质。泥炭土本身养分充足，腐殖质的存在又加强了植物对养分的利用。同时泥炭土也具有良好保水透氣性和对植物有益的微生物，对于植物根系的生长和植株的生长都具有很好的效果。而使用其他基质同时添加合适的生物刺激素，也具有改善土壤生态环境的效果。

2.3 提高植物品质

不同于化学肥料，生物刺激素的效果往往是多重的，能解决肥料和农药解决不了的问题。如生物刺激素海藻提取物，富含多种陆地植物所缺乏的多糖类物质，具有增强植物抗性，加强植物营养吸收，提高植物叶绿素、胡萝卜素含量等效果，对于改善植物健康状况和观赏品质可能具有意想不到的效果。

3 结语

当今环境的变化，能源的消耗以及消费者对植物产品要求不断增高，对农业生产提出了更高的要求。另外一方面，在钾肥、尿素等大宗商品价格的暴涨，化学农药使用弊端日益显现，使生物刺激素得到了越来越多人的关注。2012年12月第一届国际生物刺激素大会在法国召开，各种生物刺激素的产品也应运而生。但目前，国内没有生物刺激素明确的概念，没有正规的生物刺激素产品备案和登记，缺乏相应的统一管理和法规，农资市场对生物刺激素产品推广不足，农户对产品认识模糊，这些因素一定程度上影响了生物刺激素销售和应用。但是我们相信，随着越来越多的种植者和经营者对生物刺激素的了解和认识，意识到当前环境下农作物高产优质生产对具有环保和有机特征产品的需求，并结合我国绿色农业的发展需求，生物刺激素这种新兴的农资产品会更好地服务未来的农业的生产，并拥有更广阔的市场。

参考文献

[1] 刘国秀，沈宏.生物刺激素及其在农业中的应用[J].磷肥与复肥，2020，35（11）：22-26.

[2] 刘秀秀，冯小亮，吕东波.生物刺激素在农业中的应用现状及发展前景[J].南方农业，2017，11（14）：88-89.

[3] 陈传武.中国或将成为生物刺激素应用的最大市场[J].农药市场信息，2017，30（2）：39-40.

[4] 柳红，李江.浅议生物刺激素在农业中的作用[J].青海农技推广，2015（2）：55-56.

[5] 马德源，马云飞，于金慧，等.海藻肥在现代农业生产中的研究进展[J].山东农业科学，2020，52（8）：145-151.

[6] 赵敏，王诗成，杨晓花.叶面喷施含腐殖酸水溶肥对石榴产量和品质的影响[J].农技服务，2020，37（8）：23-24.

[7] 陈玉林，倪琳琳，周园园，等.生物刺激素在设施番茄上的应用效果研究[J].上海蔬菜，2022（1）：51-55.

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[11] 孟玲，王雷.壳聚糖对多种植物病原菌的抑制效果概述[J].农药，2009，48（11）：781-783.