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生物刺激素的种类和作用机理

生物刺激素的种类

不同国家与地区给出的生物刺激素定义不尽相同,其被冠以不同的名称,如生物促进剂、代谢增强剂、植物强壮剂、正向植物生长调节剂、诱导因子、化感制剂、植物调理剂等。广义来说,生物刺激素是指具有促进植物生长和提高应激响应的物质,包括腐殖酸类物质、复合有机物质、有益化学元素、非有机矿物(包括亚磷酸)、海藻类、甲壳素和壳聚糖、抗蒸腾剂、游离氨基酸、微生物。各类生物刺激素无需严格区分,并非相互独立。

(1)腐殖酸类物质

腐殖酸类物质是天然土壤有机质,源于死亡细胞基质的分解,在土壤微生物的代谢下生成腐殖质、腐殖酸和富里酸,可由土壤(泥碳土、火山土)、废弃物(污水淤泥)中的腐殖质有机物提取得到。腐殖酸作为营养剂作用于土壤和植物,可提高土壤的物化特性和生物活性。腐殖酸通过吸附多价态阳离子,提高土壤的通气性和水合作用,提高养分的吸收和利用率,提高土壤的钙离子交换能力、固碳作用和促进细菌呼吸,从而提高酶的活性,促进植物的应激响应能力。

(2)非有机矿物

非有机矿物的来源为化学合成及矿物提取物,包括亚磷酸盐、磷酸盐、碳酸氢盐、硫酸盐、硝酸盐,都能通过刺激植物自身防御机制来达到杀菌的效果,从而提高植物的产量。如亚磷酸盐在氧化成磷酸盐的过程中能将有效磷传递给植物,促进植物细胞生长。同时,生物刺激素可调控生物大分子的活性,参与多重酶促反应和机体新陈代谢,调控细胞的分化和增殖,提高植物抗病能力。

(3)海藻类

海藻来源广、种类多,包括褐微藻类、红微藻类和绿微藻类。海藻及其提取物富含促进植物生长的活性物质,如多糖物质(海藻酸盐、海带多糖、角叉蔡胶)、固醇、含氮化合物(甜菜碱、荷尔蒙),可作为生物肥料、土壤调节剂和生物刺激素作用于土壤和植物。作用于土壤时,多糖物质利于凝胶的形成,维持土壤的保水性和透气性。海藻提取物富含的聚阴离子化合物利于阳离子的固定和交换、重金属的固定、土壤修复,并通过抑制细菌和病菌来促进植物生长。作用于植物时,海藻及其提取物不仅提供养分,还提供类荷尔蒙活性物质(固醇类和多胺类),刺激细胞分裂和植物生长发育,提高离子摄入能力、土壤透气性和保水性。

(4)甲壳素和壳聚糖

甲壳素是昆虫和甲壳类动物外骨骼、真菌类细胞壁的组成物质,甲壳类和真菌类是工业壳聚糖提取物的主要来源。甲壳素和壳聚糖具有生物活性,常被作为植物保护剂、抗蒸腾剂、生长刺激素。壳聚糖衍生物作为聚阳离子和脂质结合分子作用于细胞外,在植物叶面上形成壳聚糖保护膜,使植物免受病原体侵害,并通过诱导植物的自身防御来预防细菌、病菌和昆虫的侵害,其诱导的植物防御响应包括木质化作用、蛋白酶抑制剂合成、细胞壁水解、细胞液酸化、蛋白质磷酸化等。

(5)抗蒸腾剂

成膜性抗蒸腾剂包括合成化合物(薄荷油、松脂二烯、萘、聚丙烯酰胺等)、无机化合物(高岭土、硅酸盐等)、天然生物聚合物(壳聚糖),可在植物表面和器官内产生物理作用。从表面上看,乳液状抗蒸腾剂喷洒在叶面上并形成薄膜后,可阻碍气孔向空气中扩散水蒸气,减少叶面反射和水分蒸发,降低热能吸收和叶子温度。从内部看,抗蒸腾剂可调控叶面上气孔的打开和水蒸气的扩散,作用于控制细胞防御的荷尔蒙物质,激发叶子蒸腾信号,提高作物保水率和抗旱性。

(6)游离氨基酸

有机含氮化合物包括游离氨基酸、多肽、聚胺类、甜菜碱等,可以施于叶面、土壤和种子,是动物、植物和微生物的工业水解副产物。除了20种作为蛋白质合成前驱体的氨基酸,研究者还在植物中发现了250种非蛋白质氨基酸,它们与多重细胞和生理过程息息相关,参与木质素合成、种子发芽、细胞组织分化、信号转导、蛋白质降解、刺激应激响应等。氨基酸通过与土壤中的养分形成螯合物来促进吸收,同时作用于植物的新陈代谢,促进光合作用和二氧化碳渗透,提高酶活及作物品质。

生物刺激素的作用机理

一方面,生物刺激素能改善土壤的理化性质,促进土壤有益微生物生长,提高土壤保水效果。另一方面,生物刺激素具有类似细胞分裂素和生长素的活性,充当一个化学信号,即告诉植物何时切换它们的防御系统以应对恶劣环境,植物以此来启动或增加生理过程,提高对胁迫的耐受性,调节和改善体内水分,促进营养物质吸收、运转和使用,从而提高作物质量。

从细胞层面上看,生物刺激素影响酶活、膜转运蛋白活性和基因表达。从器官层面上看,生物刺激素促进叶子上的气体交换、激发根茎的生长。从整个植物层面上看,生物刺激素作为营养摄入、光合作用、器官生长等过程的化学调节剂起到控制、整合、协调的作用。从任何层面上看,生物刺激素都具有改善植物生理过程的功能。

来源:网络

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