CN105130593B - 海藻酸钠寡糖复合物及其在缓解作物铜毒害中的应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种海藻酸钠寡糖复合物及其在缓解作物铜毒害中的应用，所述复合物的原料包括海藻酸钠寡糖、稀土元素、微量元素、氨基酸、助剂和溶剂，所述海藻酸钠寡糖、稀土元素、微量元素和氨基酸之间的重量比为（5.0～5.9）：（1.0～1.9）：（2.0～10.0）：（20.0～20.9）。本发明将海藻酸钠寡糖复配稀土元素和其它营养元素，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铜毒害的问题。

Description

海藻酸钠寡糖复合物及其在缓解作物铜毒害中的应用

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、稀土元素、氨基酸和微量元素为主要活性物质的复合物及其在缓解作物铜毒害中的应用。

背景技术

随着经济的快速发展和人口的不断增加，中国城市化、工业化进程日益加快，由此导致的农田土壤和农产品重金属污染问题亦广受社会关注。污水灌溉、污泥施用、工业和城市废弃物的排放等问题造成的农田土壤重金属积累，严重影响了农产品安全和人体健康。其中，铜胁迫会破坏植物种子细胞膜的结构和功能，导致代谢紊乱，活力降低，乃至失去萌发能力。正常土壤中的铜含量一般在30mg/kg左右，而有效态的铜只需10mg/kg。研究证实，土壤中总铜含量达到150mg/kg或有效铜超过15mg/kg时，就会对植物产生毒害。另外，铜还会通过生物富集危害人体，因此，采取有效防治措施，减少铜污染对农业生产的危害，具有重要的现实意义。目前，降低铜污染的主要途径有物理修复、化学修复和生物修复，但这些措施投资大、耗时长，收效微。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种海藻酸钠寡糖复合物，将海藻酸钠寡糖复配稀土元素和其它营养元素，经浸种或喷施使用，各成分协同增强作物的抗逆性（铜胁迫等），通过其在农业上的推广可有效解决作物铜毒害的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

研制出一种海藻酸钠寡糖复合物，其原料包括海藻酸钠寡糖、稀土元素、微量元素、氨基酸、助剂和溶剂，所述海藻酸钠寡糖、稀土元素、微量元素和氨基酸之间的重量比为（5.0～5.9）：（1.0～1.9）：（2.0～10.0）：（20.0～20.9）。

所述海藻酸钠寡糖、稀土元素、微量元素和氨基酸在本发明复合物中的浓度优选分别为10～100g/L、5～50g/L、20～300g/L和20～400g/L，更优选分别为25g/L、5g/L、25g/L和100g/L。

所述海藻酸钠寡糖由а-L-甘露糖醛酸(mannuronic acid, M)与b-D-古罗糖醛酸(guluronic acid, G) 依靠1,4-糖苷键连接并由不同GGGMMM片段组成的共聚物，分子式为(C₆H₇O₆Na)_n，本发明中优选海藻酸钠寡糖的聚合度为2～10，糖醛酸组成为M/G=7:3，糖醛酸含量>90%，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，与特定氨基酸、稀土元素、微量元素配合使用，更具有显著的增效作用。

所述氨基酸为甘氨酸、丙氨酸、异亮氨酸、胱氨酸、半胱氨酸、甲硫氨酸、苏氨酸、丝氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸、谷氨酸、天门冬氨酸、精氨酸、缬氨酸、亮氨酸中的至少一种。

所述微量元素为能够提供植物微量元素的肥料，为氯化钙、硝酸钙、硫酸锌、硝酸锌、氯化锌、磷酸锌、硝酸锰、硫酸锰、氯化锰、磷酸锰、硫酸钾、硝酸钾、磷酸钾、硫酸二氢钾、磷酸氢二钾、氯化钾、硫酸镁、硝酸镁、氯化镁、硼砂、硼酸、钼酸铵、硒酸钠、硅酸钠、有机硅、硫酸亚铁、硫酸铁、硝酸亚铁、硝酸铁、氯化亚铁、氯化铁、磷酸亚铁和磷酸铁中的至少一种。

所述稀土元素为镧(La）、铈(Ce）、镨(Pr）、钕(Nd）、钷(Pm）、钐(Sm）、铕(Eu）、钆(Gd）、铽(Tb）、镝(Dy）、钬(Ho）、铒(Er）、铥(Tm）、镱(Yb）、镥(Lu）中的至少一种。

所述助剂为溶剂质量的0.1～2%。

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。

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（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。

上述海藻酸钠寡糖复合物的制备方法如下：将微量元素溶于溶剂中，然后同时加入稀土元素和氨基酸，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，即得本发明海藻酸钠寡糖复合物。

本发明海藻酸钠寡糖复合物有浸种或喷施两种施用方法，其中喷施浓度为海藻酸钠寡糖复合物质量的稀释10～2000倍液，于作物苗期在叶面喷施至叶片完全打湿为止，每间隔3～10天喷施1次，连续喷施3～4次；浸种浓度为海藻酸钠寡糖复合物质量的稀释10～1500倍液，浸种时间为6～24 小时。

本发明海藻酸钠寡糖复合物适用于经济作物、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50～99%，能增加植株铜胁迫下抗性相关的各种酶类和次生代谢物的合成10～90%。

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。所述粮食作物包括小麦、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。所述中药材类包括人参、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。所述草坪包括细弱剪股颖、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）本发明海藻酸钠寡糖复合物具有缓解作物铜毒害和提供植物营养的双重功效，各成分协调增效，可明显缓解铜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，有利于缓解铜胁迫对作物造成的伤害；稀土元素具有清除含氧自由基的作用，可进一步协同增强植物对铜胁迫的抵抗能力；所选的微量元素成分可通过离子间的拮抗作用、局部化和钝化铜离子等途径，与其它成分协同缓解铜胁迫对植物的毒害；氨基酸对微量元素具有一定的螯合作用，可促进植物对微量元素的吸收，从而间接缓解植物铜毒害；本发明海藻酸钠寡糖复合物适用于经济作物、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50～99%，能增加植株铜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氨基酸、微量元素和海藻酸钠寡糖等原料来源广泛、价格低廉。

（3）本发明海藻酸钠寡糖复合物可浸种或喷施，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海藻酸钠寡糖用于缓解作物铜毒害，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 海藻酸钠寡糖复合物的配制

本发明复合物加入溶剂、助剂可配成水剂、乳油、可溶性液剂、水乳剂、微乳剂、悬浮剂。本实施例公开一种常用的水剂配比，但本发明的内容并不局限于此：

将5g硒酸钠和20g氯化钙溶于1L的热水中，然后同时加入5g硝酸镧和100g农用复合氨基酸（含量>85%）（主要包括苏氨酸（7.81%）、天冬氨酸（9.16%）、丝氨酸（4.01%）、谷氨酸（14.7%）、脯氨酸（5.60%）、精氨酸（3.84%）、甘氨酸（4.88%）、丙氨酸（5.89%）、缬氨酸（4.21%）和亮氨酸（6.11%），其余氨基酸18.79%）），最后加入25g海藻酸钠寡糖，用冰醋酸调节pH4.5，使其完全溶解，从而制备出海藻酸钠寡糖复合物。

其中氨基酸含量用氨基酸自动分析仪检测；微量元素肥料按NY1428-2010附件中的方法测定。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4.5kV；传输毛细管温度350℃；鞘气（N₂）压力为30au（1au约为1psi），辅助气（N₂）压力为5au，离子吹扫气（N₂）压力为0au；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 施用海藻酸钠寡糖复合物缓解水稻铜毒害

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。向培养液中加入500μmol/L的CuSO₄溶液。于每天光照结束前向叶面喷施稀释800倍的实施例1海藻酸钠寡糖复合物或相同浓度的海藻酸钠寡糖溶液。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10 h/14 h（光/暗比），光强为30000 lux。每3d喷施1次，处理10d后收获。结果显示，喷施本复合物可降低铜的吸收，促进铜胁迫下幼苗的生长。具体结果见表1。

表1施用海藻酸钠寡糖复合物对水稻幼苗生长和铜含量的影响

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实施例3 施用海藻酸钠寡糖复合物缓解小麦铜毒害并降低铜含量

以小麦品种“济宁16”为材料，选用蒸馏水培养1周生长状况较一致的幼苗进行处理。试验设5个处理：A，培养皿内未加CuSO₄，喷施蒸馏水的处理为对照组；B，培养皿内加入5mL浓度为200μmol/L的CuSO₄，并喷施蒸馏水的处理为Cu处理组；C，培养皿内未加CuSO₄，喷施实施例1海藻酸钠寡糖复合物稀释1000倍液；D，培养皿中加入5mL浓度为200μmol/L的CuSO₄，喷施实施例1海藻酸钠寡糖复合物稀释1000倍液；E，培养皿中加入5mL浓度为200μmol/L的CuSO₄，喷施海藻酸钠寡糖溶液（其含量同实施例1复合物）稀释1000倍液。每3d喷施1次，处理10d后测定小麦叶片丙二醛含量、膜透性和铜含量，结果显示，喷施海藻酸钠寡糖复合物可缓解小麦铜毒害。具体结果见表2。

表2 喷施海藻酸钠寡糖复合物对小麦叶片膜透性和铜含量的影响

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实施例4 喷施海藻酸钠寡糖复合物可促进甜瓜生长提高光合速率

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。铜胁迫采用800μmol/L的CuSO₄处理，用蒸馏水配置处理液，每隔2d浇灌一次，每钵每次浇灌40mL。实施例1中海藻酸钠寡糖复合物和海藻酸钠寡糖溶液（其含量同实施例1复合物）施用浓度为稀释800倍液，每3d喷施一次。每个处理30株，重复3次。10d后测定生物量指标，15d后取叶片和根部测各项生理指标。结果显示，铜胁迫下喷施本复合物可提高光合速率，促进甜瓜生长。具体结果见表3和表4。

表3 喷施海藻酸钠寡糖复合物对甜瓜幼苗生物量的影响

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表4 喷施海藻酸钠寡糖复合物对甜瓜幼苗光合参数的影响

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实施例5 喷施海藻酸钠寡糖复合物可减缓萝卜铜毒害

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: 71.5mg/kg。试验设计四个处理：处理1，对照；处理2，铜胁迫处理，以CuSO₄﹒5H₂O形式加入，Cu²⁺浓度为200mg/kg，配成溶液加入，保湿平衡15d后播种；处理3，铜胁迫处理后，喷施实施例1海藻酸钠寡糖复合物，浓度为稀释800倍液；处理4，铜胁迫处理后，喷施海藻酸钠寡糖溶液（其含量同实施例1复合物），浓度为稀释800倍液。海藻酸钠寡糖复合物和海藻酸钠寡糖溶液均于苗期喷施3次，每10d喷施1次，结果显示，使用该复合物可提高抗氧化酶活性，缓解萝卜铜毒害，具体结果见表5。

表5喷施海藻酸钠寡糖复合物对萝卜幼苗根系生理生化指标的影响

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实施例6 施用海藻酸钠寡糖复合物提高缓解花生铜毒害

试验采用育苗盘育苗，以珍珠岩为基质。用实施例1海藻酸钠寡糖复合物或海藻酸钠寡糖溶液（其含量同实施例1复合物）稀释800倍液浸种花生种子8 h，然后播种，每盘播50粒种子。然后分别加入含有1000μmol/LCuSO₄的Hoagland溶液（1/2剂量），每个处理设3次重复。将育苗盘放入人工气候室中，条件如下：日温25℃，夜温15℃，光照时间12h，每天补充1次营养液。出苗20d后测定株高、主根长度和各生理指标，具体结果见表6和表7。

表6 海藻酸钠寡糖复合物浸种对花生种子相关生理指标的影响

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表7海藻酸钠寡糖复合物浸种对花生叶片相关生理指标的影响

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实施例7施用海藻酸钠寡糖复合物提高铜胁迫下谷子叶中叶绿素含量

试验于2014年进行，供试土壤质地为壤土，肥沃、通透性好、易耕性强。土壤有效态铜超过21mg/kg。试验设计三个处理：处理1，为对照组；处理2，苗期喷施实施例1海藻酸钠寡糖复合物稀释700倍液3次，每周喷施1次；处理3，苗期喷施实施例1海藻酸钠寡糖溶液（其含量同实施例1复合物），使用浓度为稀释700倍液3次，每周喷施1次。结果显示，铜胁迫下使用该复合物可显著提高谷子叶中叶绿素含量，促进谷子生长。具体结果见表8。

表8喷施海藻酸钠寡糖复合物对谷子叶中相关生理指标的影响

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实施例8 施用海藻酸钠寡糖复合物能促进铜胁迫下小白菜生长和提高成活率

利用实施例1海藻酸钠寡糖复合物对小白菜幼苗进行铜毒害实验，小白菜幼苗生长为两叶一心时处理，置于500μmol/L CuSO₄的Hoagland营养液，各组处理数量均为100株；实施例1海藻酸钠寡糖复合物或海藻酸钠寡糖溶液（其含量同实施例1复合物）稀释800倍使用，每3d喷施1次，一共三次。以喷施清水为对照，结果显示：本复合物处理的小白菜幼苗较未处理组长势和成活率均显著提高，铜含量则显著降低。具体如下表9所示。

表9 喷施海藻酸钠寡糖复合物对小白菜幼苗长势和成活率的影响

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实施例9 喷施海藻酸钠寡糖复合物缓解番茄铜毒害

利用实施例1海藻酸钠寡糖复合物对番茄幼苗进行铜毒害实验，番茄幼苗生长至开花时进行铜胁迫处理，以400μmol/L的CuSO₄配成溶液加入，每隔2d浇灌一次，各组处理数量均为50株；本复合物或海藻酸钠寡糖溶液（其含量同实施例1复合物）稀释500倍使用，每周喷施1次，一共三次，以喷施清水为对照。最后一次喷施7d后取样利用分光光度法检测各抗逆指标。结果显示，喷施本复合物可显著提高抗氧化酶活性和次生代谢产物含量，从而缓解铜胁迫对番茄生长造成的伤害。具体结果见表10。

表10 喷施海藻酸钠寡糖复合物对番茄抗逆指标的影响

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实施例10喷施海藻酸钠寡糖复合物提高玉米抗铜胁迫的能力

2014年用实施例1海藻酸钠寡糖复合物对玉米进行铜胁迫实验。将14d的玉米幼苗分别放入25℃的恒温光照培养箱培养 3d，培养液采用含有1000 μmol/L CuSO₄的Hoagland营养液。叶面喷施实施例1复合物或海藻酸钠寡糖溶液（其含量同实施例1复合物）稀释500倍液，每周喷施1次，一共3次。具体结果如下表11所示：

表11喷施海藻酸钠寡糖复合物对玉米生理生化指标的影响

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实施例11 海藻酸钠寡糖复合物的配制

将5g硅酸钠和20g硫酸锌溶于1L的乙醇中，然后同时加入5g硝酸镧和100g农用复合氨基酸（市购，含量>85%）最后加入25g海藻酸钠寡糖，用酒石酸调节pH 4.5，使其完全溶解，从而制备出海藻酸钠寡糖复合物。

实施例12 海藻酸钠寡糖复合物的配制

将5g钼酸铵和20g氯化锌溶于1L的乙酸乙酯中，然后同时加入5g硝酸铈和100g农用复合氨基酸（市购，含量>85%），最后加入25g海藻酸钠寡糖，用稀盐酸调节pH 4.5，使其完全溶解，从而制备出海藻酸钠寡糖复合物。

实施例13 海藻酸钠寡糖复合物的配制

将5g磷酸铁和20g氯化铁溶于1L的二甲基亚砜中，然后同时加入5g硝酸钕和100g农用复合氨基酸（市购，含量>85%），最后加入25g海藻酸钠寡糖，用冰醋酸调节pH 4.5，使其完全溶解，从而制备出海藻酸钠寡糖复合物。

实施例14 海藻酸钠寡糖复合物的配制

将25g硒酸钠溶于1L的月桂醇中，然后同时加入5g硝酸镨和100g农用复合氨基酸（市购，含量>85%），最后加入25g海藻酸钠寡糖，用山梨酸调节pH 4.5，使其完全溶解，从而制备出海藻酸钠寡糖复合物。

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 (3)

1.一种海藻酸钠寡糖复合物在缓解作物铜毒害中的应用，其特征在于：

所述海藻酸钠寡糖复合物的原料包括海藻酸钠寡糖、稀土元素、微量元素、氨基酸、助剂和溶剂；所述海藻酸钠寡糖、稀土元素、微量元素和氨基酸在海藻酸钠寡糖复合物中的浓度分别为25g/L、5g/L、25g/L和100g/L；

所述微量元素为氯化钙、硫酸锌、氯化锌、钼酸铵、硒酸钠、硅酸钠、氯化铁和磷酸铁中的一种；所述稀土元素为镧、铈、镨、钕中的一种；

所述助剂为溶剂质量的0.1～2%；所述溶剂为水、乙醇、乙酸乙酯、二甲基亚砜和月桂醇中的至少一种；所述助剂为盐酸、冰醋酸、山梨酸、酒石酸中的至少一种；

所述海藻酸钠寡糖复合物稀释1000倍后在小麦苗期喷施；

所述海藻酸钠寡糖复合物稀释800倍后在水稻三叶一心时喷施、在甜瓜苗期喷施、在萝卜苗期喷施、浸种花生种子或在小白菜两叶一心时喷施；

所述海藻酸钠寡糖复合物稀释700倍后在谷子苗期喷施；

所述海藻酸钠寡糖复合物稀释500倍后在玉米苗期喷施。

2.根据权利要求1所述的海藻酸钠寡糖复合物在缓解作物铜毒害中的应用，其特征在于：所述海藻酸钠寡糖的聚合度为2～10，糖醛酸组成为M/G=7:3，糖醛酸含量>90%。

3.根据权利要求1所述的海藻酸钠寡糖复合物在缓解作物铜毒害中的应用，其特征在于：所述氨基酸为甘氨酸、丙氨酸、异亮氨酸、胱氨酸、半胱氨酸、甲硫氨酸、苏氨酸、丝氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸、谷氨酸、天门冬氨酸、精氨酸、缬氨酸、亮氨酸中的至少一种。