CN105104381B

CN105104381B - 复合糖制剂及其在作物抗盐胁迫中的应用

Info

Publication number: CN105104381B
Application number: CN201510476436.2A
Authority: CN
Inventors: 张运红; 和爱玲; 孙克刚; 杜君; 张玉亭; 张翔
Original assignee: Institute of Plant Nutrition and Resource Environmentof of Henan Academy of Agricultural Sciences
Current assignee: Institute of Plant Nutrition and Resource Environmentof of Henan Academy of Agricultural Sciences
Priority date: 2015-08-06
Filing date: 2015-08-06
Publication date: 2017-06-13
Anticipated expiration: 2035-08-06
Also published as: CN105104381A

Abstract

本发明涉及一种复合糖制剂及其在作物抗盐胁迫中的应用，所述复合糖制剂的原料包括海藻酸钠寡糖、葡萄糖、蔗糖、果糖、助剂和溶剂，所述海藻酸钠寡糖、葡萄糖、蔗糖、果糖之间的重量比为（1.0～1.9）：（3.0～3.9）：（5.0～5.9）：（2.0～2.9）。本发明将能增强植物抗性的海藻酸钠寡糖复配葡萄糖、蔗糖和果糖，可浸种或喷施使用，通过其在农业上的推广可有效解决作物盐胁迫的问题。

Description

复合糖制剂及其在作物抗盐胁迫中的应用

技术领域

本发明属于植物生理代谢调节技术领域，具体涉及一种以海藻酸钠寡糖、葡萄糖、蔗糖和果糖为主要活性物质的复合糖制剂及其在缓解作物盐胁迫中的应用。

背景技术

目前，土壤盐渍化是世界上最为关注的生态环境问题之一，严重制约着农业的发展。据统计，全球约有6%的耕地受土壤盐渍化的威胁，并且正在以每年100万hm²的速度递增。中国是土壤盐渍化程度较高的国家之一，各类盐渍土总面积约为0.99×10⁸hm²，尤其是北方地区，土壤盐渍化已成为限制作物产量的主要环境因素之一。盐胁迫可以引起植物产生渗透胁迫和离子胁迫，改变植物细胞内部的离子浓度和种类，使植物细胞吸水困难，叶绿体受到损伤，膜系统遭到破坏，从而造成植物体的伤害甚至死亡。因此，如何利用现有盐碱地，提高盐碱地利用率，使作物获得较高产量，对我国有着十分重要的战略意义。现有盐碱土的改良方法有覆盖物改良法和施用改良剂法等，但实施起来有的难度较大，有的耗费人力物力太多，经济上不划算。因此，从植物本身入手，提高植物对盐碱土的适应性（抗性）是克服盐碱土危害的重要途径之一。用化学物质调控植物的生长发育和提高植物抗逆性，是现阶段植物生理研究的重要内容。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种复合糖制剂，能协同增强植物抗性的海藻酸钠寡糖复配葡萄糖、蔗糖和果糖，其各成分协调增效，可浸种或喷施使用，通过其在农业上的推广可有效解决作物盐胁迫的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

研究筛选出一种复合糖制剂，其原料包括海藻酸钠寡糖、葡萄糖、蔗糖、果糖、助剂和溶剂，所述海藻酸钠寡糖、葡萄糖、蔗糖、果糖之间的重量比为（1.0～1.9）：（3.0～3.9）：（5.0～5.9）：（2.0～2.9），优选1:3:5:2。

所述海藻酸钠寡糖、葡萄糖、蔗糖和果糖在本发明复合糖制剂中的浓度分别优选为5～20g/L、15～60g/L、25～100g/L和10～40g/L，优选10g/L、30g/L、50g/L和20g/L。

所述复合糖制剂优选为水剂、乳油、可溶性液剂、水乳剂、微乳剂或悬浮剂。

所述助剂优选为溶剂质量的0.1～2%。

所述溶剂优选为水、乙醇、脂类、二甲基亚砜和月桂醇中的至少一种。

所述助剂优选为盐酸、硫酸、冰醋酸、氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、山梨酸、二亚乙基三胺五乙酸（DTPA）、柠檬酸、乙二胺四乙酸（EGTA）、氨基三乙酸（NTA）、酒石酸（TA）、葡萄糖酸（GA）、羟乙基乙二胺三乙酸（HEDTA）、二羟乙基甘氨酸（DEG）、2-氧乙酸丙二酸、2-氧乙酸基丁导酸、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、水解聚马来酸酐、富马酸-丙烯磺酸共聚体中的至少一种。

上述复合糖制剂的制备方法如下：将葡萄糖和蔗糖溶于溶剂中，然后加入果糖，最后加入海藻酸钠寡糖，用助剂调节其pH 至4～5，使其完全溶解，即得本发明复合糖制剂。

本发明主要活性成分的作用原理：

所选用的糖在植物的生命周期中具有重要作用，其不仅是能量来源和结构物质，而且还是一类信号分子参与调控植物生长发育及其对逆境的响应。如本发明组成成分中的海藻酸钠寡糖，是通过降解海藻酸钠得到的由α-L-甘露糖醛酸 (mannuronic acid, M)与β-D-古罗糖醛酸 (guluronic acid, G) 依靠1,4-糖苷键连接并由不同片段（MM段、GG段和MG段）组成的低聚糖，具有相对分子质量小、毒性低、吸收性强等优点，在植物上使用，可诱导植物抗性、促进植物生长，有利于缓解逆境条件对作物造成的伤害，本发明中海藻酸钠寡糖的聚合度优选为2～10，糖醛酸组成为M/G=7:3，糖醛酸含量>90%，能取得更好的抗逆效果；

再如，葡萄糖是自然界分布最广且最为重要的一种单糖，又称为玉米葡糖、玉蜀黍糖，简称葡糖，化学式C₆H₁₂O₆，有甜味，易溶于水，微溶于乙醇；蔗糖是一种双糖，由一分子葡萄糖和一分子果糖脱水形成，晶体白色，具有旋光性，但无变旋，化学式为C₁₂H₂₂O₁₁，易被酸水解，易溶于水较难溶于乙醇，甜味仅次于果糖；果糖是最甜的单糖，无色晶体，化学式是C₆H₁₂O₆，为葡萄糖的同分异构体，易溶于水、乙醇和乙醚。

本发明复合糖制剂有浸种和喷施两种施用方法，其中，喷施浓度为复合糖制剂的稀释10～2000倍液，于作物苗期叶面喷施至叶片完全打湿为止，间隔3～10天喷施1次，连续喷施3～4次；浸种浓度为复合糖制剂的稀释10～1500倍液，浸种时间为6～24小时。

本发明复合糖制剂适用于经济作物、粮食作物、蔬菜、果树、经济林木、花卉或草坪；其中，开花结果类植物保花保果率达到30～99%，增加植株盐胁迫下抗性相关的各种酶类和次生代谢物的合成10～90%。

所适用的经济作物包括烟草、棉花、油茶、油菜、甜菜、甘蔗、大豆、茶树、花生等。所适用的粮食作物包括小麦、水稻、玉米、高粱等；适用的蔬菜包括白菜、苦瓜、丝瓜、芹菜、茄子、西红柿、冬瓜、菠菜、大蒜、葱、辣椒、黄瓜、菠菜、大头菜、马铃薯、番薯、萝卜、胡萝卜、豌豆、菜豆、四季豆、毛豆等；适用的水果包括芒果、西瓜、苹果、梨、香蕉、木瓜、柑橘、橙子、葡萄、樱桃、荔枝、桃、李、杏、草莓、菠萝、蓝莓、猕猴桃、栆、柿子、哈密瓜等。所述经济林木包括：橡胶、椰子、核桃、板栗、榛子等；适用的花卉包括：石竹、万寿菊、金盏菊、凤仙花、紫茉莉、虞美人、花菱草、一串红、紫罗兰、牵牛花、含羞草、鸡冠花等一、二年生草本花卉；文竹、凤仙、吊兰、君子兰、香子兰、紫罗兰、鹤望兰、文殊兰、朱顶红等多年生草本花卉；百合、萱草、牡丹、菊花等落叶宿根和球根类草花；荷花、睡莲等水生花卉；肾蕨、铁线蕨等蕨类花卉；春兰、蕙兰、建兰等兰科花卉；米兰、栀子、含笑等常绿灌木类；月季、蔷薇、玫瑰等落叶灌木类；苏铁、山棕、蒲葵、榕树等常绿乔木类；桃花、梅花、樱花、玉兰等落叶乔木类；龙吐珠、龟背竹、叶子花等常绿藤本类；凌宵、藤本、木香等落叶藤本类；昙花、芦荟、景天等仙人掌与多肉植物；适用的中药材类包括人参、三七、大黄、川芎、天麻、木耳、木香、麦冬、柴胡、党参、黄芪、黄连、槟榔、薄荷、马钱子、五味子、五倍子、牛蒡子、冬虫草、肉豆蔻、安息香、延胡索、两面针、何首乌、板蓝根、刺五加、罗汉果等。所适用的草坪草包括细弱剪股颖、绒毛剪股颖、匍匐剪股颖、小糠草, 韧叶紫羊茅、匍匐紫羊茅、羊茅、细叶茅和高羊茅等；草地早熟禾、普通早熟禾、林地早熟禾和早熟禾，多年生黑麦草、洋狗尾草、梯牧草、结缕草、大穗结缕草、中华结缕草、马尼拉结缕草、细叶结缕草、白颖苔草、细叶苔、异穗苔和卵穗苔草等；白三叶、红三叶、多变小冠花等、匍匐马蹄金、沿阶草、百里香、匍匐委陵菜等。

本发明具有以下积极有益的技术效果：

（1）本发明复合糖制剂具有缓解作物盐胁迫和促进植物生长的双重功效，各成分协同作用，可明显缓解盐胁迫对作物造成的伤害；其中海藻酸钠寡糖可诱导植物抗性、促进植物生长，有利于缓解盐胁迫对作物造成的伤害；葡萄糖和蔗糖不仅是能量来源和结构物质，还可作为信号分子参与调控植物生长发育及其对逆境的响应；本发明复合糖制剂适用于经济作物、粮食作物、蔬菜、果树、经济林木、花卉或草坪；其中，开花结果类植物保花保果率达到30～99%，增加植株盐胁迫下抗性相关的各种酶类和次生代谢物的合成10～90%。

（2）本发明主要活性成分葡萄糖、蔗糖和海藻酸钠寡糖来源广泛、价格低廉。

（3）本发明复合糖制剂可浸种或喷施，使用较为方便，便于大规模推广应用。

（4）本发明将生物来源的复合糖制剂用于缓解作物盐胁迫，绿色、环保、无公害、无污染。

说明书附图

图1为海藻酸钠寡糖的电喷物电离质谱图谱。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步说明。以下各实施例中所用原料，如无特别说明，则均为市售。

实施例1 复合糖制剂的配制

本实施例复合糖制剂的制备方法如下：将30g葡萄糖和50g蔗糖溶于1L的热水中，然后加入20g果糖，最后加入10g海藻酸钠寡糖，用冰醋酸调节pH 4.5，使其完全溶解，即得本实施例复合糖制剂。

其中葡萄糖、蔗糖和果糖的含量用分光光度计法检测；海藻酸钠寡糖的聚合度由配有电喷雾离子源（ESI）液相色谱-质谱联用仪测定。色谱测定条件为：质谱模式为正离子模式；电喷雾离子源（ESI）；喷雾电压4.5 kV；传输毛细管温度350℃；鞘气（N₂）压力为30 au（1au约为1psi），辅助气（N₂）压力为5 au，离子吹扫气（N₂）压力为0 au；扫描范围：150～2000。其电喷物电离质谱图谱见图1。含量采用比色法测定。

实施例2 施用本发明复合糖制剂缓解水稻盐胁迫

水稻幼苗在改良的Hoagland培养液中培养至3叶一心时进行处理。盐处理以100mmol/L NaCl的形式加入营养液。于每天光照结束前向叶面喷施稀释800倍的实施例1复合糖制剂或相同浓度的海藻酸钠寡糖。每个处理均15杯，每杯移植水稻幼苗10株。实验在28℃光照培养箱中进行，光周期为10h/14h（光/暗比），光强为30000lux。每3d喷施1次，培养15d后收获，测定各营养元素含量。结果显示，喷施本发明复合糖制剂可降低水稻Na⁺的吸收。具体结果见表1。

表1喷施复合糖制剂对盐胁迫下水稻营养元素含量的影响

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实施例3 施用本发明复合糖制剂缓解小麦盐胁迫

试验于2014年9～12月在河南农业大学温室大棚内完成。供试小麦品种为郑麦366，由河南省农业科学院提供。试验共设5个处理：对照、复合糖制剂浸种、盐胁迫、盐胁迫+复合糖制剂浸种、盐胁迫+海藻酸钠寡糖浸种。其中盐胁迫处理是添加8g/L NaCl到1/2Hoagland营养液中，每周更换一次营养液，实施例1复合糖制剂浸种浓度为稀释1000倍液，海藻酸钠寡糖浸种浓度同复合糖制剂。培养21d时取样测定各项指标。结果显示，本发明复合糖制剂浸种可促进盐胁迫下小麦幼苗的生长。具体结果见表2。

表2 复合糖制剂浸种对盐胁迫下小麦幼苗形态指标的影响

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实施例4 盐胁迫下喷施复合糖制剂提高光合速率促进甜瓜生长

试验于2014年下半年在中国农业科学院蔬菜花卉研究所大棚进行。幼苗长至两叶一心时进行试验处理。设5个处理：1）对照，Hoagland营养液；2）盐胁迫，Hoagland营养液+100mmol/L NaCl；3）喷施本发明复合糖制剂处理，Hoagland营养液+喷施实施例1复合糖制剂稀释800倍液处理，每3d喷施一次；4）盐胁迫+喷施复合糖制剂处理，Hoagland营养液+100mmol/L NaCl+喷施稀释800倍液的实施例1复合糖制剂；5）盐胁迫+喷施海藻酸钠寡糖处理，Hoagland营养液+100mmol/L NaCl+喷施稀释800倍液的海藻酸钠寡糖溶液（含量同实施例1复合糖制剂）。每个处理18株，重复3次。营养液每2d更换1次。处理10d后测定各指标。结果显示，盐胁迫下喷施本发明复合糖制剂可提高光合速率，有利于甜瓜生长。具体结果见表3和表4。

表3 喷施复合糖制剂对盐胁迫下甜瓜叶片叶绿素含量的影响

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表4喷施复合糖制剂对盐胁迫下甜瓜叶片叶绿素荧光参数的影响

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实施例5 喷施复合糖制剂缓解萝卜盐胁迫

试验于2014年进行，采用盆栽试验，供试土壤为粉粘壤，NH₄ ⁺-N：15.5 mg/kg，P：8.2mg/kg，K: 71.5 mg/kg。试验设计4个处理：处理1：对照；处理2：盐胁迫处理，以NaCl形式加入，Na⁺浓度为200 mg/kg，配成溶液加入，保湿平衡15d后播种；处理3：盐胁迫处理后，喷施实施例1复合糖制剂处理，施用浓度为稀释800倍液，于苗期喷施3次，每10d喷施1次。处理4：盐胁迫处理后，喷施海藻酸钠寡糖溶液处理（其海藻酸钠寡糖含量同实施例1复合糖制剂），施用浓度为稀释800倍液，于苗期喷施3次，每10d喷施1次。结果显示，喷施该复合糖制剂可提高萝卜抗氧化酶活性，降低相对电导率和Na含量，缓解萝卜盐毒害，具体结果见表5。

表5喷施复合糖制剂对盐胁迫下萝卜幼苗生理生化指标的影响

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实施例6 施用复合糖制剂缓解豌豆盐胁迫

待豌豆幼苗长至6～7片真叶时进行试验处理。试验设计5个处理，分别为：

1）对照，Hoagland营养液；

2）盐胁迫处理，Hoagland营养液+100mmol/LNaCl；

3）喷施复合糖制剂处理，Hoagland营养液+喷施800倍液实施例1复合糖制剂；

4）盐胁迫+喷施复合糖制剂处理，Hoagland营养液+100 mmol/L NaCl+喷施800倍液实施例1复合糖制剂；

5）盐胁迫+喷施海藻酸钠寡糖处理，Hoagland营养液+100 mmol/L NaCl+喷施800倍液海藻酸钠寡糖溶液（其海藻酸钠寡糖含量同实施例1复合糖制剂）。每3d喷施1次，处理10d后，测定叶片有关生理指标，重复3次。

结果显示，喷施本发明复合糖制剂能促进盐胁迫下豌豆的生长，降低丙二醛含量和相对电导率，具体结果见表6和表7。

表6喷施复合糖制剂对盐胁迫下豌豆幼苗生长的影响

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表7喷施复合糖制剂对盐胁迫下豌豆叶片质膜透性和丙二醛含量的影响

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实施例7施用复合糖制剂对盐胁迫抑制水稻种子萌发的缓解作用

将水稻种子用以10%次氯酸钠浸泡10min进行表面消毒，洗净后，挑选饱满籽粒摆放在平铺4层滤纸的培养皿中，每个培养皿中30粒种子。盐处理采用5g/L的NaCl溶液，复合糖制剂处理采用实施例1稀释1000倍液浸种。海藻酸钠寡糖处理采用将其溶液（其海藻酸钠寡糖含量同实施例1复合糖制剂）稀释1000倍浸种。以H₂O培养为对照。培养第4d测定发芽势，第7d测定芽长和根长。结果显示，本发明复合糖制剂浸种可促进盐胁迫下水稻种子萌发，具体结果见表8。

表8 复合糖制剂浸种对盐胁迫下水稻种子萌发的影响

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实施例8 施用复合糖制剂能促进盐胁迫下黄瓜幼苗生长

试验于2014年3～6月在塑料大棚内进行。选用盐敏感型的黄瓜品种“津春2号”为试验材料，种子经消毒、浸种后，在29℃下催芽24h，播于装有基质的塑料盘中育苗。待2片真叶展开后，选取生长整齐一致的幼苗定植。预培养2d后，向营养液中添加NaCl。试验设4个处理：1）对照，正常营养液栽培；2）盐胁迫（65 mmol/L NaCl）；3）盐胁迫+实施例1复合糖制剂（喷施稀释800倍液），每3d喷施1次；4）盐胁迫+海藻酸钠寡糖（喷施稀释800倍液，其含量同实施例1复合糖制剂）。每个处理72株，3次重复。处理10d后，测定各项指标。具体结果见表9。

表9 喷施复合糖制剂对盐胁迫下黄瓜幼苗生长的影响

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实施例9 喷施复合糖制剂缓解紫苏盐胁迫

选取健壮、饱满、大小一致的紫苏种子，经消毒后用滤纸吸干。由于紫苏种子外表被覆蜡质，所以先用蒸馏水浸泡4 h，待种子萌发后转至培养液中培养，长至4片真叶期进行处理。共设5个处理：1）对照组；2）盐胁迫组；3）喷施实施例1复合糖制剂组；4）盐胁迫+喷施实施例1复合糖制剂组；5）盐胁迫+喷施海藻酸钠寡糖组。每个处理15株幼苗，3次重复。在喷施实施例1复合糖制剂或海藻酸钠寡糖溶液（其含量同实施例1复合糖制剂）时，要对幼苗全株进行喷施，叶片背面以滴水为限，喷施浓度为稀释800倍液，每3d喷施1次。10d后测定叶片的相对含水量、丙二醛（MDA）的量和3种抗氧化酶活性。结果显示，喷施本复合糖制剂可显著提高紫苏抗氧化酶活性，从而缓解盐胁迫对紫苏生长造成的伤害。具体结果见表10。

表10喷施复合糖制剂对盐胁迫下紫苏幼苗相关生理指标的影响

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实施例10 喷施复合糖制剂提高玉米抗盐胁迫的能力

2014年用实施例1复合糖制剂对玉米进行盐胁迫试验。浸种起第14d将幼苗进行处理，盐胁迫采用含有150mmol/L NaCl的Hoagland营养液。叶面喷施实施例1复合糖制剂或海藻酸钠寡糖溶液（其含量同实施例1复合糖制剂），二者的施用浓度均为稀释800倍液，每3d喷施1次，一共2次。具体结果如表11所示：

表11喷施复合糖制剂对盐胁迫下玉米幼苗生长及叶片相对含水量的影响

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实施例11 复合糖制剂的配制

本实施例复合糖制剂的制备方法如下：将15g葡萄糖和25g蔗糖溶于1L的乙醇中，然后加入10g果糖，最后加入5g海藻酸钠寡糖，用冰醋酸调节pH 4.5，使其完全溶解，即得本实施例复合糖制剂。

实施例12 复合糖制剂的配制

本实施例复合糖制剂的制备方法如下：将60g葡萄糖和100g蔗糖溶于1L的月桂醇中，然后加入40g果糖，最后加入20g海藻酸钠寡糖，用山梨酸调节pH 4.5，使其完全溶解，即得本实施例复合糖制剂。

实施例13 复合糖制剂的配制

本实施例复合糖制剂的制备方法如下：将39g葡萄糖和59g蔗糖溶于1L的乙酸乙酯中，然后加入29g果糖，最后加入19g海藻酸钠寡糖，用冰醋酸调节pH 4.5，使其完全溶解，即得本实施例复合糖制剂。

实施例14 复合糖制剂的配制

本实施例复合糖制剂的制备方法如下：将39g葡萄糖和50g蔗糖溶于1L的二甲基亚砜中，然后加入29g果糖，最后加入10g海藻酸钠寡糖，用酒石酸调节pH 4.5，使其完全溶解，即得本实施例复合糖制剂。

本发明并不局限于上述具体实施方式，本领域技术人员还可据此做出多种变化，但任何与本发明等同或者类似的变化都应涵盖在本发明权利要求的范围内。

Claims

1.一种复合糖制剂，其特征在于：其原料包括海藻酸钠寡糖、葡萄糖、蔗糖、果糖、助剂和溶剂，所述海藻酸钠寡糖、葡萄糖、蔗糖、果糖之间的重量比为（1.0～1.9）：（3.0～3.9）：（5.0～5.9）：（2.0～2.9）。

2.根据权利要求1所述的复合糖制剂，其特征在于：所述海藻酸钠寡糖、葡萄糖、蔗糖、果糖之间的重量比为1:3:5:2。

3.根据权利要求1所述的复合糖制剂，其特征在于：所述海藻酸钠寡糖、葡萄糖、蔗糖和果糖在复合糖制剂中的浓度分别为5～20g/L、15～60g/L、25～100g/L和10～40g/L。

4.根据权利要求3所述的复合糖制剂，其特征在于：所述海藻酸钠寡糖、葡萄糖、蔗糖和果糖在复合糖制剂中的浓度分别为10g/L、30g/L、50g/L和20g/L。

5.根据权利要求1所述的复合糖制剂，其特征在于：所述复合糖制剂为水剂、乳油、可溶性液剂、水乳剂、微乳剂或悬浮剂。

6.根据权利要求1所述的复合糖制剂，其特征在于：所述助剂为溶剂质量的0.1～2%。

7.根据权利要求1所述的复合糖制剂，其特征在于：所述溶剂为水、乙醇、脂类、二甲基亚砜和月桂醇中的至少一种。

8.根据权利要求1所述的复合糖制剂，其特征在于：所述助剂为盐酸、硫酸、冰醋酸、氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、山梨酸、二亚乙基三胺五乙酸、柠檬酸、乙二胺四乙酸、氨基三乙酸、酒石酸、葡萄糖酸、羟乙基乙二胺三乙酸、二羟乙基甘氨酸、2-氧乙酸丙二酸、2-氧乙酸基丁导酸、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、水解聚马来酸酐、富马酸-丙烯磺酸共聚体中的至少一种。

9. 根据权利要求1所述的复合糖制剂，其特征在于：所述复合糖制剂制备方法如下：将葡萄糖和蔗糖溶于溶剂中，然后加入果糖，最后加入海藻酸钠寡糖，用助剂调节pH 至4～5，使其完全溶解，即得。

10.权利要求1所述复合糖制剂在作物抗盐胁迫中的应用。