天然油菜素内酯应用前景广阔
一、全球农业现状
1.1 全球极端天气事件更加频繁,农业生产面临挑战
在全球变暖的情况下,全球气候变化引发的极端自然灾害加剧了农业生产的不稳定性[1]。农业生产是自然再生产和经济再生产相互交织的生产活动。气候变化是农业生产面临的重要挑战。当前,北半球多地高温天气频繁,给全球农业生产带来各种不利影响。一是粮食减产风险加大。其次,农业生产成本可能上升。第三,全球粮食市场的不确定性将增加[2]。世界气象组织认为,由于气候变化,预计未来极端高温将会更加频繁、更加强烈。如何应对极端高温对农业生产的重大负面影响是不可回避的问题[3]。
1.2追求农产品质量和产量稳定成为农业主要目标之一
提高农作物的产量和质量一直是全球农业的主要目标之一[4]。这一目标大致可以通过以下研究来实现:一是提高农作物和农副产品生产能力。其次,提高农作物抵抗病毒、害虫、真菌的能力。三是提高作物抗旱、抗寒能力[5]。利用植物化学控制技术和植物生长调节剂是提高作物产量、改善作物品质的重要途径,对深度挖掘作物产量潜力具有重要意义[6]。
2、植物生长调节剂在农业中发挥重要作用
植物生长调节剂是控制植物生长和发育的一类产品,包括天然植物激素的合成类似物和从植物中提取的激素。植物生长调节剂是人们了解天然植物激素的结构和作用方式,了解微量分析、有机合成、植物生理生化,掌握现代农业、园艺栽培等科学技术而开发的产品。 [7]。植物生长调节剂的应用是农业五项新技术之一。具有投资小、见效快、用量小、ppm级(百万分之一)、效果显着、投入产出比高等优点。随着农业生产技术的发展,植物生长调节剂的作用越来越重要。一方面可以进一步提高农作物产量。另一方面,植物生长调节剂可以提高植物免疫力,促进植物健康,减少农药的使用和恶劣气候条件对作物造成的损害。植物生长调节剂的研究及其在农业生产中的应用是现代植物生理学和农业科学的重大进展之一。世界各国农业科学家都高度重视这一领域。植物生长调节剂的应用已成为农业科技发展水平的重要标志[8]。
3.植物生长调节剂——油菜素内酯的研究现状
3.1 油菜素类固醇的发现
自20世纪30年代对生长素的研究开始以来,植物生长调节剂迅速发展,随后发现了赤霉素(GA)、脱落酸(ABA)、细胞分裂素(CTK)、乙烯(ETH)和油菜素类固醇(BRs)。在众多的植物生长调节剂中,油菜素类固醇自被发现以来就成为科学家们研究的热点。油菜素类固醇是一类在植物生长发育中发挥多种作用的植物激素,最早由JW Mitchell等人于1970年从油菜花粉中提取[10]。 1979 年,格罗夫等人。从油菜蜂花粉中分离出4mg生物活性物质,并通过晶体衍射分析确定了其化学结构。该化合物被命名为芸苔素内酯(BL)[11]。 1982年,日本科学家横田等人。从板栗瘿中分离出另一种与BL相似的生物活性物质卡斯特酮(CS),并证明CS是BL的直接前体。此后,科学家们从不同植物的各个器官中分离出了七十多种油菜素内酯的类似物,并将这组化合物命名为油菜素类固醇(BRs)[12]。 1998年,国际植物生长物质协会第16届年会正式将油菜素内酯列为第六类植物激素[13]。
3.2 油菜素内酯的作用方式BRs的体内合成发生在合成位点的内质网,然后通过高尔基体分泌到细胞外,与效应位点细胞膜上的受体结合,从而激活一系列细胞内信号转导途径。 BRs受体蛋白BRI1和受体复合物蛋白BAK1存在于细胞膜上[14]。在没有BRs的情况下,BRI1和BAK1分别与其抑制蛋白BKI1和BIR3相互作用,抑制BRs受体复合物的形成并保持BRs信号通路关闭。细胞质蛋白激酶BIN2是BR信号传导的负调控因子,可以磷酸化BRs转录因子BES1和BZR1,使其留在细胞质中,无法进入细胞核执行转录激活功能。在BR存在的情况下,受体蛋白BRI1的细胞外结构可以与BR结合并引起细胞内分子结构的变化。同时,细胞膜上的受体复合物蛋白BAK1被招募形成BRI1-BR-BAK1受体复合物并激活细胞内信号转导通路[15, 16]。
4. 天然油菜素内酯的发现及优势
4.1 天然油菜素内酯的来源及产业化
据报道,“油菜素内酯”的生产分为两个不同的过程:自然提取和人工合成。我国天然油菜素甾醇提取技术的研究始于20世纪80年代初。最初,天然油菜素类固醇的活性成分是从蜂蜡中提取获得的。此后,酶解、定向提取等新技术相继开发出来。据中国农药信息网报道, 天然提取的天然油菜素内酯,以14-羟基油菜素内酯(商品名:硕丰481)为代表,由 成都新盛作物科技有限公司。 2017年中国农业农村部。芸苔素内酯类似物的人工合成研究始于1982年,世界各国致力于芸苔素内酯的人工合成,使芸苔素内酯的低成本、规模化、工业化生产成为现实。根据欧洲和中国农药登记信息,已获得农药登记的合成油菜素内酯类似物包括:24-表油菜素内酯、28-高油菜素内酯、28-表高油菜素内酯、22、23、24-三油菜素内酯、丙酰油菜素内酯。其中,前四种油菜素内酯类似物的化学结构是基于BL的。由于其结构差异,它们的生物活性也不同。而丙酰油菜素内酯是丙酰化油菜素内酯类似物,不具有生物活性,只有在植物体内吸收代谢后才发挥作用。
4.2 天然油菜素内酯的作用及优点
天然来源的油菜素甾醇广泛存在于自然界和植物中,与植物的亲和力较高,在农作物中的应用更为广泛。更适合植物激素水平的调节。其功能多、活性高、安全性好。它是不同芸苔素内酯产品中最主要的活性成分。近年来,极端天气频繁发生,农业生产和粮食安全受到越来越严重的影响和威胁。如何应对气候变化带来的问题,让农民能够适应这些极端天气;同时,如何避免传统化学激素对果实外部形状大小和内部品质口感的影响,显着提高农产品的安全质量。天然油菜素内酯可以解决极端天气问题,促进种子健康生长,提高农业产量和质量。
4.2.1 比其他结构芸苔素内酯功效更高
采用市场上不同油菜素内酯0.01ppm的用量进行小麦水培试验。经过5天的测试,结果表明,14-羟基油菜素内酯比其他结构的根长高出3%-168%,根重高出8%-49%,株高高出5%-29%,株重高出44%-127%。油菜素内酯产品。另外,用其他油菜素内酯产品处理的小麦根部出现卷曲现象。所以在应激条件下,天然油菜素内酯(14-羟基油菜素内酯)的功效比其他油菜素内酯产品更显着。
4.2.2 天然油菜素内酯对水果的主要作用
1)花数更多,花力更强,保果效果更好
对于柑橘、苹果、枣树等果树来说,存在着落花落果的问题。果树的自然坐果率一般很低,如柑橘,仅为2~3%。通过保护花果来增加单位面积的果实数量,对提高果树产量具有重要意义[17]。中国广西沙塘柑,花前使用天然油菜素甾醇+赤霉酸,2/3花谢,第二次生理落果前5~7天,坐果率较常规处理提高20% ;幼果和果柄提前3天变绿。因此,在柑橘、苹果等果树上使用天然油菜素甾醇,会出现多花、壮花,减少畸形花果;保花保果,提高坐果率,返青快;减少落花落果,加速果实发育。对提高果实品质和产量有显着效果。
2)改善果实品质,显着提高果实产量
柑橘、苹果、樱桃、温室水果使用天然油菜素内酯2000-3000倍稀释+高钾叶面肥,可加速养分吸收利用,促进细胞分裂和果实膨大,调节内源激素水平,促进果皮细腻,果形更好。
果实着色初期,连续使用天然油菜素内酯+高钾叶面肥2-3次,可加速色素积累,促进着色均匀、色泽鲜艳、果皮细腻,增加光合作用,促进糖分积累。
4.2.3 天然油菜素内酯对大田作物的主要作用
1)打破种子休眠,提高种子活力,促苗匀强
天然油菜素类固醇可增强DNA和RNA聚合酶活性,从而激活相关基因的表达和相关蛋白质的合成,并能激活一些ATP酶,促进质膜中H+的生成并转移到细胞壁,从而导致细胞壁松弛,细胞伸长,加速组织生长,从而提高作物生长速度,有效促进种子发芽[18]。
小麦、水稻、玉米、大豆等拌种,将天然油菜素甾醇30-50ml与杀菌剂、杀虫剂混合,每100公斤种子进行拌种。浸种时,用天然油菜素内酯稀释1000-2000倍,浸种适量种子,直至种子发芽。能显着打破种子休眠,促进幼苗均匀健壮,根系吸收养分强健。
2)促进植物生长,提高作物产量
天然油菜素类固醇在土耳其也被广泛使用。根据客户反馈,将5%天然油菜素内酯TC添加到水溶肥18-18-18+TE中,用量120g/mt,然后200g/ha进行叶面喷施,可显着促进玉米生长。田间结果显示,玉米植株更高,叶子更绿更厚,玉米植株长得更壮。
冬后返青期是小麦生长管理的关键阶段之一。在此期间,使用0.01%天然油菜素内酯AS 75-150ml/ha+叶面营养,快速调节小麦生理状态,为小麦供给叶面营养,促进茎壮,有效增加分蘖数。据田间数据,在分蘖期喷施天然油菜素内酯,单株分蘖数可达4-5个,而对照为3.5-4个。平均产量增加11至14%。
稻麦孕穗期/大豆结荚期/花生开花至结荚期,叶面喷施天然油菜素内酯120-240ml/ha+叶面营养K-Power 300-600ml/ha,减少空壳/粒,增加1000个粒重、平均产量增加15%。
4.2.4 天然油菜素内酯对温室作物的主要作用
植物光合作用的产物是植物体内有机化合物积累的基本来源。天然油菜素内酯可以促进RuBP(核酮糖1,5-二磷酸)羧化酶的活性,提高CO2固定率,增强光合效率,增加作物产量和农民收入[19]。
1)促进移栽后幼苗恢复
蔬菜苗移栽成活后,用0.0075%天然油菜素内酯AS 1.2L/ha滴灌或土浸,促进根系生长,提高苗木成活率,减少死苗、烂苗,加速养分吸收,促进苗苗快速生长。阶段。
2)促进幼苗生长和更多开花
在苗期或开花期使用0.0075%天然油菜素内酯AS 2000-3000倍+叶面营养N-Power 1000倍+植物VC 1000倍,可促叶厚绿,提高养分吸收,促进幼苗生长健壮,刺激茄科植物花芽分化,减少畸形花、弱花。
4.2.5 天然油菜素内酯抗逆增产的关键作用
天然油菜素内酯可增强小麦、玉米、水稻、果树等作物在干旱、高温、低温等非生物胁迫下的抗逆能力。霜冻前2-4天、霜冻后3天、霜冻后10-15天,分别用8-15ml 0.0075%天然油菜素内酯AS+磷酸二氢钾/氨基酸叶面肥兑水15-30L花期喷洒在樱桃树上,可增强作物抵抗冷害、冻害的能力,减少冻害影响30%以上,冻害作物能迅速恢复生长(图5) 。
天然油菜素内酯可调节植物体内激素水平,减少叶片气孔张开,抑制蒸腾作用,减少水分流失,提高小麦植株抗旱、抗干热风的能力。建议小麦抽穗、开花期叶面喷施0.0075%天然油菜素内酯AS 2000倍+花粉多糖叶面营养K-Power 1000倍,千粒重增加2-6%,产量提高增加17-22%。同时,在麦粒成熟前(软面团到硬面团阶段),根据天气情况和土壤湿度,在干热风来临前对苹果土壤灌水1次,以改善田间小气候条件,减少干热风的危害。
五、未来与展望
面对前所未有的人口和极端气候环境的压力,粮食安全面临的当前威胁和长期挑战正在引起全球关注。植物生长调节剂在调节作物生长发育、增强作物抗逆能力、提高产量和品质方面发挥着重要作用,并逐渐形成了一套成熟有效的作物化学防治技术。这些技术成果对于克服环境和遗传限制、改善品质和储存条件发挥了积极作用。目前,全球农药市场规模基本稳定在650亿美元左右,其中植物生长调节剂约占3%。从全球范围来看,近年来,在其他农药发展缓慢的市场环境下,植物生长调节剂市场保持了持续稳定的增长趋势。 1975年,植物生长调节剂全球销售额为2亿美元,1990年达到9亿美元。目前,全球植物生长调节剂销售额约为15亿美元。
14-羟基油菜素甾醇作为一种广谱、高活性的植物生长调节剂,以其独特的生理活性、应用范围广、超低用量、安全性好,增产增效效果显着。同时,14-羟基油菜素甾醇是全球唯一实现工业化的天然油菜素甾醇产品,并获得欧盟、美国有机认证,广泛应用于有机绿色农业生产。随着全球极端天气的频繁发生以及对优质农产品的需求不断增加,天然油菜素甾醇在增强作物抗逆能力、改善粮食安全、提高产量和质量、促进全球绿色发展等方面将发挥越来越重要的作用。农业。
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