CN108849904A

CN108849904A - 抗低温植物生长调节剂及其制备方法和应用

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Publication number: CN108849904A
Application number: CN201810873010.4A
Authority: CN
Inventors: 曹庆军; 李刚; 杨粉团; 姜晓莉; 崔正果; 曹欣欣; 孔凡丽
Original assignee: Jilin Academy of Agricultural Sciences
Current assignee: Jilin Academy of Agricultural Sciences
Priority date: 2018-08-02
Filing date: 2018-08-02
Publication date: 2018-11-23

Abstract

本发明涉及植物生长调节剂领域，具体涉及一种抗低温植物生长调节剂及其制备方法和应用。该抗低温植物生长调节剂至少包括以下重量份数计的组分：褪黑素11.6～23.5份、亚精胺4.4‑13份。其制备方法包括：按配比将褪黑素和亚精胺与水形成混合溶液，水可以为50～80份。其使用方法，其包括：将植物种子在播种前按每千克种子兑18～22ml抗低温植物生长调节剂拌种处理，或在低温天气来临前2～3天将其兑水稀释800‑1000倍液对植物进行叶面喷施。该抗低温植物生长调节剂的使用显著提高了植物种子发芽率与出苗质量，增强植物机体对低温逆境的抗性，特别是玉米种植中的应用，大幅度提高了玉米的耐冷性能以及产能。

Description

抗低温植物生长调节剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及植物生长调节剂领域，具体而言，涉及抗低温植物生长调节剂及其制备方法和应用。

背景技术

玉米是我国第一大粮食作物，也是重要的饲料作物、能源作物和工业原料。东北平原是我国春玉米的主要产区，也是我国重要的商品粮基地，保障玉米的稳产和高产对于确保我国的粮食安全具有重要的意义。

但低温冷害是区域玉米高产稳产的主要限制因素，也是高纬度地区及局部丘陵危害玉米生产的重要自然灾害之一。由于地理条件的原因，该区域每隔3～5年就发生一次严重低温，东部冷凉山区春季遭受低温胁迫的侵袭更加频繁。据报道，春玉米每年因低温冷害造成的减产幅度均在15％以上，严重年份产量损失可达20％。低温会降低种子活力，延迟出苗时间，严重的造成“粉种”缺苗或幼苗死亡，是严重导致玉米产量与品质下降的重要原因之一。因此，成为生产中亟待解决的问题。

在国内外玉米生产中，通过应用地膜覆盖技术、选育作物耐寒品种以及喷施植物生长调剂来降低和减缓低温等不利气候因素给农业生产造成的损失。但是地膜覆盖技术成本较高，而且长期使用还会造成地膜的“白色污染”，而作物新品种选育周期一般在5-7年，选育周期长，同时受到区域生态适应性以及其它因素的影响，应用效果不明显。因此，植物生长调节剂的应用被认为是解决低温等逆境非生物胁迫的不二选择。

但是当前生产中应用的抗低温植物生长调节剂种类繁多，其中，赤霉素、吲哚乙酸、油菜素内酯等是常用的植物生长调节剂，它们在诱导和应答提高植物对低温逆境信号，启动自身防御系统，提高作物对低温抗性方面具有一定的作用。但是这些天然植物生长调节剂价格昂贵，作用单一，效果不突出，这在很大程度上限制了其应用的范围。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种抗低温植物生长调节剂，其能够改善现有的植物生长调节剂的抗低温以及促进植物生长的效果。

本发明的第二个目的在于提供一种抗低温植物生长调节剂的制备方法，以通过简单方便的工艺方法制备得到上述抗低温植物生长调节剂。

本发明的第三个目的在于提供上述抗低温植物生长调节剂在玉米种植中的应用，以提高玉米的抗低温能力以及生长性能，增加产量。

本发明的第四个目的在于提供上述抗低温植物生长调节剂的使用方法，以使得其能够有效达到增强植物抗低温以及促进生长的目的。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

本发明提供了一种抗低温植物生长调节剂，其至少包括以下重量份数计的组分：褪黑素11.6～23.5份、亚精胺4.4-13份。

本发明还提供了上述抗低温植物生长调节剂的制备方法，其包括：按配比将褪黑素和亚精胺与水形成混合溶液，可选地，水按重量份数计为50～80份。

本发明还提供了上述抗低温植物生长调节剂在玉米种植中的应用。

本发明还提供了一种上述抗低温植物生长调节剂的使用方法，其包括：将植物种子在播种前按每千克种子使用18～22ml抗低温植物生长调节剂的比例进行拌种处理，或者在低温天气来临前2～3天将抗低温植物生长调节剂的兑水稀释800-1000倍液对植物进行叶面喷施。

本发明通过按照11.6～23.5：4.4-13的比例对褪黑素和亚精胺进行调配得到抗低温植物生长调节剂，在上述比例下褪黑素和亚精胺能够共同作用于植物种子和植物，显著提高了植物种子发芽率与出苗质量，增强植物机体对低温逆境的抗性，减弱细胞结构受到损伤程度，提高了植物在低温逆境下的根系活力，进而提高了及植物耐冷性能，特别是该抗低温植物生长调节剂在玉米种植中的应用中，大幅度提高了玉米的耐冷性能以及产能。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施方式或实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

下面对本发明实施方式的抗低温植物生长调节剂及其制备方法和应用进行具体说明。

本发明的一些实施方式提供了一种抗低温植物生长调节剂，其至少包括以下重量份数计的组分：褪黑素11.6～23.5份、亚精胺4.4-13份。

其中，褪黑素(melatonin，MT)分子式为C₁₃N₂H₁₆O₂，分子量232.27，化学名称为N-乙酰基-5-甲氧基色胺(N-acetyl-5-methoxytryptamine)，又称美拉酮宁、抑黑素、松果腺素，是由哺乳动物和人类的松果体产生的一种胺类激素，在动物体内，内源MT作为一种潜在的自由基清除剂和抗氧化剂，在保护机体免受环境及内在氧化胁迫，增强免疫、延缓衰老、治疗神经衰弱等方面具有重要作用。在植物方面，MT不但能调节植物生长发育、延缓叶片衰老方面具有重要作用，而且在增强植物对干旱低温等逆境的抗性方面具有重要的功能具有功能。植物内源MT能促进植物根的再生、下胚轴的伸长、侧根数目增加、不定根的形成以及离体细胞的膨大；种子经外源MT处理，可以诱发体内ROS清除酶(SOD、APX、CAT)以及抗氧化剂、抗坏血酸盐类，清除多余的ROS，缓解活性氧带来的伤害，进而诱导植物通过自身防御网络调控相关代谢途径产生抗性物质，以增强植物机体对低温逆境的抗性，减弱细胞结构受到损伤程度，同时也能显著提高种子发芽率与出苗质量。

亚精胺(spermidine，Spd)是一种多胺。广泛分布在生物体内，是由腐胺(丁二胺)和腺苷甲硫氨酸生物合成的。通过施用外源Spd能够增加低温胁迫下番茄叶片中PSⅡ的光电子传递效率(Fv/Fm)、有利脯氨酸含量；同时，可以减少MDA和过氧化氢(H₂O₂)的产生速率，提高植株体内的可溶性糖含量并长时间能维持较高的含量与4种抗氧化保护酶的活性，Spd能够明显提高植株片中SOD、POD等抗氧化酶相关基因的表达和NCED1(9-顺-类胡萝卜素双加氧酶)的表达量，从而减轻与缓解低温造成的伤害，保护叶绿体膜结构及相对完整性。NO作为一种信号分子广泛存在于植物体内，施用Spd抑制剂(MGBG)可以显著降低叶片中Spd诱导的抗氧化酶活性和相关基因的表达，这表明Spd可以通过诱导NO激活抗氧化系统，从而提提高植物的耐冷性。

在本发明的实施方式中，通过创性性地将褪黑素和亚精胺按照11.6～23.5：4.4-13的比例复配在一起，显著植物机体对低温逆境的抗性，进而提高了及植物耐冷性能，大幅度提高了植物的存活率和生长性能，增加了产能。

进一步地，根据一些实施方式，褪黑素和亚精胺的质量比可以为23:5～12，例如可以为23：7。

进一步地，为了增强抗低温植物生长调节剂的吸收性能，根据一些实施方式，抗低温植物生长调节剂按重量份数计可以包括褪黑素11.6～23.5份、亚精胺4.4-13份和表面活性剂1～5份。表面活性剂可以使得抗低温植物生长调节剂在作用于植物种子或植株叶片时，能够使得种子或植物叶片的表面浸润、吸附与分布均匀，有利于抗低温植物生长调节剂的吸收，提高抗低温植物生长调节剂的作用效果。

具体地，一些实施方式中，表面活性剂可以为吐温系列或者斯潘系列中的一种。进一步地，表面活性剂可以选择吐温T-80、吐温T-60、吐温T-40、吐温T-20，也可以选择失水山梨醇单月桂酸酯(Span20)、失水山梨醇单棕榈酸酯(Span40)、失水山梨醇单硬脂酸酯(Span60)、失水山梨醇三硬脂酸酯(Span65)、失水山梨醇单油酸酯(Span80)、失水山梨醇三油酸酯(Span85)等。

根据一些实施方式，按重量份数计，抗低温植物生长调节剂中，褪黑素可以为11.6～23.5份，或15～23.5份，或22～23.5份；亚精胺可以为4.4-13份，或亚精胺5-12份，或亚精胺6～8份；以及表面活性剂可以为1～5份，或2～5份，或2～4份。

进一步地，根据一些实施方式，按重量份数计，抗低温植物生长调节剂包括：褪黑素15～23.5份、亚精胺5-12份以及表面活性剂2～5份，进一步可选地，玉米抗低温增产调节剂包括：褪黑素22～23.5份、亚精胺6～8份以及表面活性剂2～4份。

根据一些实施方式，上述实施方式中的抗低温植物生长调节剂还可以包括50～80重量份的水，其可以对抗低温植物生长调节剂中褪黑素和亚精胺的浓度进行调配，以使得其能够更好地与植物种子或植物叶片进行作用。

进一步地，在北方冬天天气比较寒冷，在存储过程以及与植物作用过程中，该抗低温植物生长调节剂容易进行结冰，从而使得其作用效果下降或不易保存，因此，一些实施方式，该抗低温植物生长调节剂还包括按重量份数计的2～8份抗冻剂。本发明实施方式中的抗冻剂又称阻冻剂，是一类加入到其他液体(一般为水)中以降低其冰点、提高抗冻能力的物质。它具有溶解冰晶和阻止冰晶长大的作用。例如甲醇、乙醇、乙二醇、水溶性酰胺和氯化钙、盐水等。其中乙二醇的抗冻性能优异，是最主要的抗冻剂。例如：乙二醇含量为40％(质量)的水溶液，冰点为-24℃。进一步地，一些实施方式中，抗冻剂可以为乙醇和与乙二醇和混合物，优选乙醇和乙二醇的质量比为1：0.5～1.5。

进一步地，根据一些实施方式，抗低温植物生长调节剂按重量份数计可以包括：褪黑素11.6～23.5份、亚精胺4.4-13份、表面活性剂1～5份、2～8份抗冻剂以及水50～80份。

本发明的一些实施方式还提供了上述抗低温植物生长调节剂的制备方法，其包括：按配比将褪黑素和亚精胺与水形成混合溶液，可选地，水按重量份数计为50～80份。

具体地，可以将褪黑素先溶解在少量醇溶剂中，在和亚精胺与水进行混合。根据一些实施方式，还可以先将褪黑素溶解于抗冻剂中，再与亚精胺以及水混合搅拌，可选地，搅拌转速为500-600rpm，搅拌时间为10～20min。

通过上述实施方式中的抗冻剂可以对褪黑素溶解的同时将抗冻剂加入到组成中，在通过上述转速和搅拌时间的搅拌使得成分之间能够进行充分的混合。

进一步根据一些实施方式，抗低温植物生长调节剂的制备方法包括：

首先，按配方重量份数分别称取褪黑素溶于少量抗冻剂中，搅拌使之溶解均匀，然后将剩余抗冻剂全部倒入并搅拌均匀。其中，少量抗冻剂可以为1/5～1/3的抗冻剂。

其次，在上述所得的溶解液中加入配方量的亚精胺、表面活性剂、与水，搅拌均匀，即得抗低温植物生长调节剂。

本发明的一些实施方式还提供了上述抗低温植物生长调节剂在玉米种植中的应用。

本发明的一些实施方式还提供了一种上述抗低温植物生长调节剂的使用方法，其包括：将植物种子在播种前按每千克种子使用18～22ml抗低温植物生长调节剂的比例进行拌种处理，或者在低温天气来临前2～3天将抗低温植物生长调节剂的兑水稀释800-1000倍液对植物进行叶面喷施。例如，播种前每千克种子兑20ml调节剂进行拌种处理，或者在低温天气来临前2-3天，选择无风的早晨或者傍晚稀释800倍液进行叶面喷施，如24h遇雨需剂量减半补喷。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

本实施例提供的抗低温植物生长调节剂，其包括以下重量份数计的组分：褪黑素15份、亚精胺6份和60份水。

该抗低温植物生长调节剂的制备方法包括：按配比将褪黑素和亚精胺与水形成混合溶液。

实施例2

本实施例提供的抗低温植物生长调节剂，其包括以下重量份数计的组分：褪黑素11.6份、亚精胺4.4份和50份水。

实施例3

本实施例提供的抗低温植物生长调节剂，其包括以下重量份数计的组分：褪黑素23.5份、亚精胺13份和80份水。

实施例4

本实施例提供的抗低温植物生长调节剂，其包括以下重量份数计的组分：褪黑素23份、亚精胺7份和65份水。

实施例5

本实施例提供的抗低温植物生长调节剂，其包括以下重量份数计的组分：褪黑素11.6份、亚精胺4.4份、表面活性剂1份和50份水。

表面活性剂选择吐温T-80。

该抗低温植物生长调节剂的制备方法包括：按比例将褪黑素、亚精胺、表面活性剂和水进行搅拌混合，搅拌转速为600rpm，搅拌时间为10min。

实施例6

本实施例提供的抗低温植物生长调节剂，其包括以下重量份数计的组分：褪黑素23.5份、亚精胺13份、表面活性剂5份和80份水。

表面活性剂选择失水山梨醇单月桂酸酯(Span20)。

该抗低温植物生长调节剂的制备方法包括：按比例将褪黑素、亚精胺、表面活性剂和水进行搅拌混合，搅拌转速为500rpm，搅拌时间为20min。

实施例7

本实施例提供的抗低温植物生长调节剂，其包括以下重量份数计的组分：褪黑素23份、亚精胺7份、表面活性剂3份和60份水。

表面活性剂选择吐温T-60。

该抗低温植物生长调节剂的制备方法包括：按比例将褪黑素、亚精胺、表面活性剂和水进行搅拌混合，搅拌转速为550rpm，搅拌时间为15min。

实施例8

本实施例提供的抗低温植物生长调节剂，其包括以下重量份数计的组分：褪黑素23份、亚精胺7份、抗冻剂2份、表面活性剂3份和60份水。

表面活性剂选择吐温T-60，抗冻剂为乙醇与乙二醇的混合物，其重量比为1:1。

该抗低温植物生长调节剂的制备方法包括：

首先，按配方重量份数分别称取褪黑素溶于1/4的抗冻剂中，搅拌使之溶解均匀，然后将剩余抗冻剂全部倒入并搅拌均匀。

其次，上述所得的溶解液中加入配方量的亚精胺、表面活性剂与水，再次搅拌均匀，即得玉米抗低温调节剂。其中，再次搅拌的转速为500rpm，搅拌时间为20min。

实施例9

本实施例提供的抗低温植物生长调节剂，其包括以下重量份数计的组分：褪黑素23份、亚精胺7份、抗冻剂8份、表面活性剂3份和60份水。

该抗低温植物生长调节剂的制备方法包括：

首先，按配方重量份数分别称取褪黑素溶于1/5的抗冻剂中，搅拌使之溶解均匀，然后将剩余抗冻剂全部倒入并搅拌均匀。

其次，上述所得的溶解液中加入配方量的亚精胺、表面活性剂与水，再次搅拌均匀，即得玉米抗低温调节剂。其中，再次搅拌的转速为600rpm，搅拌时间为15min。

实施例10

本实施例提供的抗低温植物生长调节剂，其包括以下重量份数计的组分：褪黑素23份、亚精胺7份、抗冻剂5份、表面活性剂5份和60份水。

该抗低温植物生长调节剂的制备方法包括：

褪黑素与亚精胺对玉米幼苗低温下植株生长和低温抗性的影响。

实施例11-16首先复配相应浓度的褪黑素(MT)与亚精胺(Spd)溶液，然后按比例混合，在室内人工气候室中进行，在低温处理前2-3d直接叶面喷施喷施。对比例1对比例为喷施同等体积的清水，对比例2-4直接配制对应浓度的褪黑素(MT)溶液，在室内人工气候室中在低温处理前2-3d直接叶面喷；对比例5-7直接配制对应浓度的亚精胺溶液，在室内人工气候室中在低温处理前2-3d直接叶面喷施。表1为喷施药液组成配方。

表1褪黑素(MT)、与亚精胺以及实施例的组成配方

通过常规试验来对玉米幼苗叶片光合生理相关指标的影响、低温胁迫下玉米根系活力的影响、对低温胁迫下玉米叶片丙二醛及抗氧化酶活性影响进行研究，分别得到表2、表3以及表4的实验结果。

表2不同组分处理对低温胁迫下玉米幼苗叶片光合生理相关指标的影响

注:表中数据为三次重复的平均值。

如表2所示的实验结果表明，在玉米幼苗四展叶期经10℃低温处理，单独喷施MT玉米叶片的相对含水量比清水对照提高2.60％～9.66％，叶片叶绿素含量(SPAD值)比对照提高6.49％～15.29％，净光合速率比对照提高19.78％～37.77％；单独喷施Spd玉米叶片的相对含水量比对照提高3.5％～10.58％，叶片叶绿素含量(SPAD值)比对照提高5.79％～10.56％，净光合速率比对照提高8.46％～20.32％；共同施用褪黑素(MT)与亚精胺(Spd)这两种组分低温胁迫下玉米叶片的相对含水量比对照提高9.51％～14.26％，叶片叶绿素含量(SPAD值)比对照提高13.86％～18.52％，净光合速率比对照提高18.73％～52.69％；且1000μM(MT)+500μM(Spd)组合效果最为明显，因此，可以看出含有MT和Spd的调节剂显著提高了低温逆境下玉米的光合同化能力。

表3不同组分处理对低温胁迫下玉米根系活力的影响

注:表中数据为三次重复的平均值；

如表3所示的实验结果表明，在玉米幼苗四展叶期经10℃低温处理，单独喷施MT玉米根系的总吸收面积比对照提高3.61％～32.51％，活跃吸收面积比对照提高6.16％～33.91％，比表面积比对照提高1.33％～6.00％；单独喷施Spd玉米总吸收面积比对照提高3.69％～26.01％，活跃吸收面积比对照提高9.95％～36.45％，比表面积比对照提高2.00％～4.66％；共同施用褪黑素(MT)与亚精胺(Spd)这两种组分低温胁迫下玉米总吸收面积比对照提高17.39％～35.68％，活跃吸收面积比对照提高25.69％～50.49％，比表面积比对照提高1.33％～8.00％；其中以1000μM(MT)+500μM(Spd)组合效果最为明显，由此可知，本发明的实施方式的调节剂显著提高了低温逆境下玉米的根系活力，提高了对低温逆境的提高能力。

表4不同处理对低温胁迫下玉米叶片丙二醛及抗氧化酶活性影响

注:表中数据为平均值；

如表4所示的实验结果表明，共同施用褪黑素(MT)与亚精胺(Spd)这两种组分与单独喷施MT、单独喷施Spd以及空白对照相比，可以显著提高低温胁迫下玉米叶片SOD、POD的活性和CAT的含量，降低了MDA的含量，从而减轻了对低温胁迫下叶片的损伤，这是本发明实施方式的抗低温植物生长调节剂提高玉米低温逆境的重要生理基础。

试验例

抗低温植物生长调节剂对玉米低温下玉米出苗质量的影响。

试验于2017年在吉林省农业科学院梨树县蔡家试验示范基地进行试验。在玉米苗期(3展叶)低温到来前2d，利用实施例10的抗低温植物生长调节剂稀释800倍，进行叶面喷施处理，以喷施清水为对照，秋收后调查籽粒产量及其构成因素。

实施效果：通过秋季田间测产调查，结果表明喷施调节剂后籽粒产量比对照平均提高9.21％，收获密度提高5.47％，百粒重无显著增加，平均穗粒数提高5.19％。

试验例3

试验于2018年在吉林省玉米产量大县梨树县进行多点试验。针对东北地区玉米苗期易发生低温冷害情况，利用实施例10的抗低温植物生长调节剂按每千克种子20ml调节剂进行拌种处理，以不拌种为对照，考察其对玉米出苗率和出苗质量的影响(如表5所示)。

实施效果：通过对出苗率以及四展叶期株高整齐度等幼苗质量调查与评价，结果表明调节剂拌种处理出苗率比对照平均提高6.09％，出苗时间比对照提前1-2d，株高整齐度提高17.84％，地上干重提高14.03％，根冠比提高14.86％，表现出苗齐、苗壮的高产群体特征，从而为产量形成奠定基础。

表5调节剂拌种对低温胁迫下幼苗出苗质量和产量的影响

注：每个试验点出苗率调查3个样点，出苗率以3点平均值表示；出苗率时间以50％幼苗出土时间为准；株高整齐度以株高变异系数的倒数表示，在4-5展叶期调查。

以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims

1.一种抗低温植物生长调节剂，其特征在于，其至少包括以下重量份数计的组分：褪黑素11.6～23.5份、亚精胺4.4-13份。

2.根据权利要求1所述的抗低温植物生长调节剂，其特征在于，抗低温植物生长调节剂还包括按重量份数计的1～5份表面活性剂。

3.根据权利要求2所述的玉米抗低温增产调节剂，其特征在于，所述表面活性剂为吐温系列或者斯潘系列中的一种。

4.根据权利要求2所述的抗低温植物生长调节剂，其特征在于，所述抗低温植物生长调节剂按重量数计包括：所述褪黑素15～23.5份、所述亚精胺5-12份以及所述表面活性剂2～5份，进一步优选地，所述玉米抗低温增产调节剂包括：所述褪黑素22～23.5份、所述亚精胺6～8份以及所述表面活性剂2～4份。

5.根据权利要求1所述的抗低温植物生长调节剂，其特征在于，所述抗低温植物生长调节剂还包括按重量份数计的2～8份抗冻剂，优选地，所述抗冻剂为乙醇和与乙二醇的混合物，进一步优选所述乙醇和所述乙二醇的质量比为1：0.5～1.5。

6.根据权利要求1所述的抗低温植物生长调节剂，其特征在于，所述抗低温植物生长调节剂按重量份数计包括：所述褪黑素11.6～23.5份、所述亚精胺4.4-13份、所述表面活性剂1～5份、2～8份抗冻剂以及水50～80份。

7.一种如权利要求1～6任一项所述的抗低温植物生长调节剂的制备方法，其特征在于，其包括：按配比将所述褪黑素和所述亚精胺与水形成混合溶液，优选地，水按重量份数计为50～80份。

8.根据权利要求7所述的抗低温植物生长调节剂的制备方法，其特征在于，将所述褪黑素溶解于抗冻剂中，再与所述亚精胺以及水混合搅拌，优选地，搅拌转速为500-600rpm，搅拌时间为10～20min。

9.如权利要求1～6任一项所述的抗低温植物生长调节剂在玉米种植中的应用。

10.一种如权利要求1～6任一项所述的抗低温植物生长调节剂的使用方法，其特征在于，其包括：将植物种子在播种前按每千克种子使用18～22ml所述抗低温植物生长调节剂的比例进行拌种处理，或者在低温天气来临前2～3天将所述抗低温植物生长调节剂的兑水稀释800-1000倍液对植物进行叶面喷施。