話說植物激素、調節劑和生物刺激素
生命、生長、發育。這幾個詞經常出現在關於植物或作物的文章里，生命是什麼，生長是咋回事，發育又是指什麼。
其實這也是很多科學家們一直在探討的問題。
我國著名生物學家貝時璋院士認為生命「無非是自然界三個量（物質、能量、信息）綜合運動的表現，。。。」
那麼，生長和發育就是生命綜合運動的過程了。
蛋白質，是生命的物質基礎。幾乎所有的生命都含有蛋白質結構。即便是很小的病毒，也有蛋白質外殼。
植物細胞中當然也少不了蛋白質，很多情況下，植物的生長其實也是蛋白質數量上的增加。這也是為什麼氮，是植物所必需的的三大營養元素之首的原因。
不管是中國的還是外國的，耕種作物的農民，最大的夢想就是在有限的土壤面積上收穫到更高的優質農產品產量，以獲取更好的經濟收益。施肥是達到這一目標的最常用的措施。比如水肥一體化、高含量水溶肥、緩控釋肥等等。但發現不論方式如何先進，肥料怎樣的好，也往往難以滿足農民的這一基本願望，甚至還會帶來各種意想不到的問題，比如成本越來越高、土壤性質越來越差、缺素症防不勝防。
進入二十一世紀以來，科學家們一直在為如何平衡全球越來越突出的一對矛盾而絞盡腦汁。滿足越來越多的人口吃飯問題的同時，還要消解現代化農業生產帶來的能源消耗和環境污染問題。
生物刺激素的出現和應用，對於上述問題的解決似乎有了一些幫助。尤其是利用化學的或生物酶的先進技術工藝，從動物的、植物的殘體或專用植物中把氨基酸等從蛋白質中萃取出來，作為生物刺激素物質，用於農業生產中，一方面可以促進作物健康生長，另一方面也解決了動物加工殘留物帶來的環境問題。
目前國內外生物刺激素產品市場中，源自蛋白質水解產物的產品越來越多。那麼，這類產品到底是如何生產出來的，含有什麼，又是如何促進作物生長的？
蛋白質是由很多種不同的氨基酸相互纏繞形成的肽鏈，再交聯成具有一定空間結構的大分子含氮物質。
簡單說，氨基酸--肽--多肽--蛋白質，是從簡單到複雜的一種生化過程。在植物體、動物體和人體的活細胞內，這個過程一直在進行著。
反過來，這些生物體需要各種氨基酸、肽和蛋白質等來維持其生命過程。所以，雞蛋、大豆製品、肉類等蛋白質食品成為人類最經常食用的營養，施用氮肥成為提升作物產量的基本措施。
眾所周知，硝態氮、銨態氮和醯胺態氮是最常使用的肥料，即便是農家肥也要先轉換成銨態氮才能被植物根系吸收。在本公眾號其它文章里提到過，植物根系也可以從土壤里或葉片通過氣孔，直接吸收氨基酸。工業合成氨基酸的成本太高，利用生物自有的蛋白質成分來萃取氨基酸更合算。
動物的毛皮、結締組織，植物的細胞壁中都含有各種蛋白質。可以利用一定方式把其中的蛋白質分解成更小的肽和氨基酸。這就是蛋白質的水解。
水解蛋白質的工藝方法有兩種，一種是化學法，一種是酶解法。
化學法就是用酸或鹼直接把蛋白質結構破壞掉，其中，酸解法是在高溫（大於121℃）、高壓（大於220.6千帕）下用鹽酸或硫酸直接處理蛋白質原料；鹼解法較簡單，先加熱溶解蛋白質，然後再加入鹼性物質，如氫氧化鈉、氫氧化鉀等，並把溫度控制在某一個水平上。
化學水解法生產的氨基酸含量比較高，但也容易破壞對植物很重要的色氨酸、蘇氨酸、半胱氨酸和絲氨酸等，甚至將L-型氨基酸轉化為植物不能直接吸收的D-型氨基酸，不但降低了氨基酸的利用率還對植物具有潛在的毒性。高溫還破壞了維生素等不耐熱的其它成分。另外，酸和鹼的使用，增加了產品的鹽度。
化學法生產的氨基酸類生物刺激素，成本低、技術難度小，市場中這類產品很多。
儘管有科學家對化學法獲取到的動物源的氨基酸類生物刺激素做了一系列安全評測，並證明它對植物和生態是無害的。但歐盟還是出台了一項政策，禁止在有機農業生產的直接食用的器官上噴施這類生物刺激素。
一般的，通過酶解法獲取植物源的蛋白質水解物。這些酶類包括源自動物的、微生物的和植物的，比如胰酶、胃蛋白酶、木瓜蛋白酶、鹼性蛋白酶等。酶解法不需要高溫（低於60℃）和高壓，溫和且更精準的針對肽鏈上的具體位置切割蛋白質肽鍵。所以，酶解法得到的蛋白質水解物類生物刺激素儘管氨基酸總含量可能比化學法的低一些，但所含氨基酸的類別更容易被植物利用。同時，還含有更多的肽、類黃酮、脂類、碳水化物以及類植物激素。因為具體的原料、生物酶種類、酶解時間控制等環節上的差別，這類生物刺激素之間在功能上往往也各有特色。
不論是化學水解法還是酶解法，得到的蛋白質水解物類生物刺激素實際上是氨基酸、肽分子和蛋白質以及其它生化物質的混合物，或者是多種獨特氨基酸的混合物。這些物質對植物具有如下幾方面的功效。
1、刺激植物體內碳和氮的代謝循環，促進氮的同化利用。植物從水中獲取氫，從空氣中獲取二氧化碳，在綠色葉片中利用光為動力合成大分子的碳水化合物，這就是發生在葉片及葉綠體內的光合作用，是物質和能量的合成、儲存過程。幾乎與此同時，在細胞的線粒體內發生著一個與此相反的分解過程，呼吸作用，把大分子的碳水化合物分解成二氧化碳和水，同時釋放出能量。
光合作用與呼吸作用看似是兩個不同的生化反應，實際上卻是相輔相成的系列性代謝過程。可以這樣認為，光合作用是為了呼吸作用而生。呼吸作用則是為了驅動植物體內所有的生理活動所生。包括營養的吸收、輸送、轉化，細胞分裂、組織分化和器官的形成及生長等等，都無不需要物質上的和能量上的支撐。這幾乎所有的一切則是通過呼吸作用來提供。氮的吸收和利用也是如此。
當根系吸收到的硝態氮或銨態氮到達細胞質中以後，首先被一系列的酶轉化成氨，才能與呼吸作用過程的三羧酸循環中產生的谷氨酸相結合形成谷氨醯胺，這才算是進入了氮的代謝循環併合成為蛋白質。這是一個很複雜的過程，需要很多呼吸作用中產生的生化物質，也需要更多的酶，比如硝酸還原酶、谷氨醯胺合成酶等等。
研究發現，蛋白質水解物中的氨基酸、肽等成分能夠刺激三羧酸循環中的三種酶（蘋果酸脫氫酶、異檸檬酸脫氫酶和檸檬酸合成酶）和氮同化過程中的五種酶（硝酸還原酶、亞硝酸還原酶、谷氨醯胺合成酶、谷氨酸合成酶和天門冬氨酸轉氨酶）的活性。進而提高植物對氮的吸收和利用率。
另外，氨基酸可以作為植物的氮源被根或葉片直接吸收和利用，也就是說，氨基酸也是一種氮肥。
簡單點說，使用這類生物刺激素可以提高植物對氮的吸收和利用率，意味著可以少施點氮肥；
2、調節和促進植物生長。色氨酸是植物生長素合成的前體物，蛋氨酸是乙烯合成的前提物，土壤施用含有這兩種氨基酸的蛋白質水解物類生物刺激素，可能會被土壤微生物合成為生長素和乙烯進而調節植物的生長。生長素促進維管系統的分化，形成更多的側根，調節植物庫和源的關係，促進水分和礦質養分進入營養體，促進植物生長。適量的乙烯則可以提高植物的抗逆能力；
3、降低植物體內硝酸鹽的含量。硝酸鹽，是一種影響人體健康的化合物。不合理施肥有可能會增加植物體內硝酸鹽的積累。研究發現，谷氨酸、谷氨醯胺、天門冬氨酸和甘氨酸等氨基酸能夠降低植物體內硝酸鹽的含量。所以，健康栽培作物生產安全的農產品，最好還是使用含有這些氨基酸成分的生物刺激素；
4、提高植物對生物性和非生物性脅迫的耐受能力。有相當多的證據表明，含有精氨酸、谷氨酸、鳥氨酸、甘氨酸、脯氨酸、甜菜鹼、類黃酮、小分子肽等組分的蛋白質水解物類生物刺激素，能夠提高植物對溫度、鹽分、水分等因素出現逆境脅迫時的耐受能力，其機理可能是作為生物信號分子，上調相關基因的表達。
通俗點說，在高溫/低溫來臨之前，使用這類生物刺激素產品可以幫助作物更好的耐受不良環境所帶來的壓力；
5、降低重金屬對植物的毒性。銅、鋅、鐵、鎳、鎘、砷、鉛等都屬於重金屬，前三種雖然是 生產中經常需要給作物補充的微量元素，但劑量稍微控制不好就會對植物產生毒害，後幾種儘管生產中一般不會直接補充，但可以隨著污水、有機肥中進入農田毒害植物。
脯氨酸作為植物細胞的滲透調節劑，能夠降低這些重金屬對植物的毒害，同時消解受傷後細胞釋放出來的自由基對細胞產生進一步的傷害。組氨酸、天門冬醯胺、谷氨醯胺、半胱氨酸、谷胱甘肽等也具有這種能力。
簡單說，當植物遭受到重金屬傷害之初的時候，趕緊噴施含有這些氨基酸或肽類的生物刺激素。
了解到這些關於蛋白質水解物類生物刺激素的知識以後，作為使用者，選購的時候要弄清楚這樣幾件事。
1、動物源的還是植物源的？動物源的便宜一些，但植物源的效果可能會更好；
2、使用目的？為了促進生長，選擇的面比較寬，動物源的植物源的都可以。提高或改善植物抗脅迫的能力，就要看看產品中是否含有脯氨酸、甜菜鹼和類黃酮等為主的成分。以生根為主，就要選擇含有色氨酸的產品了；
3、和肥料、農藥一樣，生物刺激素不是萬能的，也不是神葯，不能多頻次大劑量濫用。要在關鍵的生長節點巧妙的使用。
作為生產企業和經銷商，也最好搞清楚產品的成分及其功能，開發出對應的賣點和最佳使用方法，展現出產品的真正魅力，讓農民有更好的體驗，才能越賣越好。
比如，小麥和玉米這兩種作物，因為價格偏低使其種植效益遠沒有蔬菜和果樹更高，且一個生長季好像就是一兩次施肥兩三次打葯，看似沒有什麼技術含量，農民也不願意有更多的投入。實際上，它們的種植面積卻是其它作物無法相比的，正是因為收益低，農民更希望低投入高產出的管理技術。那麼通過蛋白質水解物類生物刺激素的合理使用來減少化肥施用量這一點就有文章可做。這對於種植有幾百畝上千畝的大戶來說就是一項很有價值的技術。
秋施基肥，是果樹栽培中最重要的環節，但很多果農往往因為時間上或天氣上的原因沒有在秋季施肥。春季如何給果樹補充營養？有很多人，在春季施用大量的肥料。這是錯誤的，因為此時的果樹在萌芽、開花、坐果和新梢生長時儘管需要各種營養，尤其是氮素營養的支持，但根系卻因為土壤溫度偏低而不能及時恢復到足夠的吸收能力，從土壤中吸收氮素。此時，你施用再多的肥料也是沒有多大效果的，反而會造成燒根，以及坐果前後的旺長。
在萌芽後，尤其是有新葉出現以後採取下促根的吸收能力上補氨基酸營養再結合追施坐果肥等綜合措施來改善果樹對營養的需求。
所謂下促根的吸收能力，就是少量追施速效氮肥的同時利用腐殖酸類或海藻提取物類刺激素產品刺激根系恢復生長；上補氨基酸，就是結合噴葯，葉面噴施蛋白質水解物類生物刺激素產品，直接通過氣孔補充氨基酸營養，待坐果後再行追施適量的肥料。
本文參考文獻：
1、Pamela Calvo 等《Agricultural uses of plant biostimulants》
2、Giuseppe Colla等 《Protein hydrolysates as biostimulants in horticulture》
3、王華靜等 《高等植物氨基酸生物效應的研究進展》
TAG:老趙說農技 |