CN110367282B

CN110367282B - 一种适于棉花的生物刺激素复配剂及制备方法和应用

Info

Publication number: CN110367282B
Application number: CN201910763188.8A
Authority: CN
Inventors: 郑苍松; 董合林; 李鹏程; 孙淼; 贵会平
Original assignee: Institute of Cotton Research of Chinese Academy of Agricultural Sciences
Current assignee: Institute of Cotton Research of Chinese Academy of Agricultural Sciences
Priority date: 2019-08-20
Filing date: 2019-08-20
Publication date: 2021-12-03
Anticipated expiration: 2039-08-20
Also published as: CN110367282A

Abstract

本发明公开了一种适于棉花的生物刺激素复配剂及其制备方法和应用。生物刺激素复配剂由氨基酸、聚谷氨酸、腐植酸钾和水组成，其制备步骤是：1)发酵制备聚谷氨酸发酵液，然后对进行紫外灭活；2)制备可溶解于水的腐植酸钾；3)将氨基酸粉加入到聚谷氨酸溶液中；4)将制备的腐植酸钾加入到3中的溶液中，超声振荡器乳化，形成悬浮的生物刺激素复配剂。该生物刺激素复配剂在苗期叶面喷施1‑2次，能够保苗壮苗；蕾期叶面喷施1‑2次，能够促进现蕾；花期叶面喷施1‑2次，能够减少花蕾脱落；铃期叶面喷施2‑3次，能够促进棉铃发育、提高单铃重；全生育叶面喷施3‑4次，能够促进棉株生长，提高抗逆能力，调节营养生长与生殖生长平衡，提高单株成铃数，提高产量。

Description

一种适于棉花的生物刺激素复配剂及制备方法和应用

技术领域

本发明属于农业技术领域，更具体涉及一种适于棉花的生物刺激素复配剂，同时还涉及一种适于棉花的生物刺激素复配剂的制备方法，以及其在棉花上的应用。

背景技术

生物刺激素，是能够促进植物生长的多种物质和微生物的统称，主要包括：微生物接种剂、腐植酸、黄腐酸、甲壳素和壳聚糖衍生物、蛋白质水解物和氨基酸、海藻提取物等；在水果、蔬菜上应用广泛，近年的全球生物刺激素类产品的市值将以平均每年3-6亿美元的速度增长，请见：Pamela Calvo，Louise Nelson，Joseph W.Kloepper.Agricultural usesof plant biostimulants[J].Plant and Soil，2014，33：3-41；柳红，李江.浅议生物刺激素在农业中的作用[J].青海农技推广，2015，2：55-56；刘秀秀，冯小亮，吕东波.生物刺激素在农业中的应用现状及发展前景[J].南方农业，2017，11(4)：88-89。

研究表明，腐植酸能够提高植物根系H⁺-ATP酶等的活性、促进植物根系生长，同时活化土壤中磷酸盐和钾离子，增加植物对养分的吸收，还可以调节植物体内的新陈代谢，从而促进植物生长，请见：张水勤，袁亮，林治安，李燕婷，胡树文，赵秉强.腐植酸促进植物生长的机理研究进展[J].植物营养与肥料学报，2017，23(4)：1065-1076。也有报道指出，叶面应用生物刺激素能够促进温室大樱桃萌发，提早成花，增加产量、改善品质，请见：苏晓萌，魏福刚，白俊利，王文杰.生物刺激素在温室大樱桃上的应用试验[J].北方果树，2016，6：12-13。土壤应用生物刺激素能够促进大豆根瘤菌的生长，增加根际土壤微生物中根瘤菌的含量，促进大豆生长发育，请见：袁鑫，王梦亮，王俊红.一种生物刺激素对大豆根际土壤微生物群落的影响[J].大豆科学，2017，36(5)：751-760。

聚谷氨酸(γ-PGA)，又称纳豆菌胶、多聚谷氨酸，它是一种水溶性，生物降解，不含毒性，使用微生物发酵法制得的生物高分子。它能使作物能更有效的吸收土壤中磷、钙、镁及微量元素。

棉花作为重要的大田经济作物，在我国西北内陆地区、黄河流域和长江流域均有种植，请见：汪若海.中国棉区的划分与变迁.中国棉花，2009(9)：12-16。这表明棉花具有广泛的生态适应性，但是不同生态区域的环境、气候也不同，棉花的生长发育的时间存在差异。棉花与其他农作物不同，其核心产品是棉纤维，它是由棉花种子上滋生的表皮细胞发育而成的，既不是种子也不是果实。此外，由于棉花生长发育周期长，自身营养生长和生殖生长竞争强烈，往往营养生长过旺会导致棉铃脱落、贪青晚熟，造成产量下降。

逆境胁迫同时导致次生氧化胁迫，使植物体内活性氧水平升高，积累过量的活性氧，如过氧化氢、超氧阴离子、羟基自由基，导致蛋白质、DNA和脂质过氧化伤害。

如盐碱胁迫下降低植物的呼吸作用效率，使电子传递和氧化磷酸化解偶联，早胁迫初期，植物需合成胁迫蛋白以及有机渗透物质，需要积累或拒绝盐离子，修复损伤，而发生盐碱胁迫的土壤中，Na⁺、Cl^-和Mg⁺等离子浓度过高，使得营养元素K⁺、NO₃ ^-、Ca⁺等吸收减少，使植物出现缺乏症状，植物细胞的许多酶只能在狭窄的离子浓度范围内才具有活性，同时Na⁺、Cl^-和Mg⁺等离子进入细胞，使原生质凝聚，叶绿素被破坏，蛋白质合成受到抑制，蛋白质水解作用加强，造成体内氨基酸的积累，部分氨基酸转化为丁二胺、戊二胺及游离氨，当他们达到一定浓度细胞就会中毒死亡，盐碱胁迫下，核酸的分解大于合成，氨基酸合成受阻，合成蛋白多为耐盐蛋白，盐胁迫下，淀粉和蛋白质分解成的糖、氨基酸等小分子物质稳定在细胞膜、蛋白质结构和原生质体来降低细胞的渗透势，使植物细胞免受伤害或减轻伤害；这些因素往往导致棉铃脱落。

如干旱胁迫下，细胞膜系统膜内的磷脂分子排列出现紊乱，亲脂端相互吸引成空袭，膜蛋白遭到破坏，膜的选择透性改变，导致大量无机离子、氨基酸和可溶性糖等小分子向组织外渗漏，缺水条件下，核糖核酸酶的活性随水分亏缺而增加，加剧了RNA、mRNA的分解，使多聚核糖体分解成亚单元或单核糖体，从而抑制蛋白质的合成，同时引起过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)、谷胱甘肽还原酶(GR)、超氧化物歧化酶(SOD)的含量降低加剧膜伤害，幼叶还会从老叶、花蕾或果实中夺取水分，造成落花落果。

低温胁迫下，植物细胞的膜系统是最敏感部位，此时细胞膜物质发生相变，膜透性增大，电解质大量泄漏，细胞质相对电导率上升，造成细胞酶保护系统的严重破坏，氨基酸，特别是游离氨基酸能增加细胞液的浓度，提高组织中非结冰水的比例，与植物的抗冷性呈正关系。

棉花是比较耐盐的作物，但其耐盐性都不超过0.3％，盐碱胁迫条件下，棉花生长受到严重的抑制(Mass and Hoffman，1977)，高盐胁迫，干旱胁迫对棉花产量的限制仍然使要解决的首要问题，现有技术(生物刺激素)功能均为促生长，其制备技术也是围绕单一某种生物刺激素开展的，没能明确提出适宜棉花应用的生物刺激复配剂及制备促使和应用方法，无法对生产上如何应用生物刺激素复配剂提高棉株生长、提高抗逆能力、协调营养生长和生殖生长的技术问题作出回答。如喷施IAA促进植物生长使植物吸收大量的水分而避免体内盐分浓度增加；喷施ABA可诱导气孔关闭，从而降低蒸腾作用和减少盐分的被动吸收，提高作物的抗盐能力；水杨酸和茉莉酸类物质作为信号物质能改变植物体内渗透物质的含量而增加抗旱，抗盐，温度引起的胁迫；壳聚糖能保护胁迫下植物的质膜损伤和减轻过氧化伤害。

发明内容

本发明的目的是在于提供了一种适于棉花的生物刺激素复配剂及其制备方法，以及该生物刺激素复配剂在棉花生产中的应用，复配剂配方独特，物质组成合理，制备方法易行，使用方便，可以在棉花生长各个阶段中的应用，能够有效的促进前期棉株生长，具有调节后期营养生长与生殖生长平衡能力，提高棉株在逆境环境下的适应能力，减少花蕾铃的脱落，提高单株成铃数，提高产量。

为了实现上述的目的，本发明采用以下技术方案：

一种适于棉花的生物刺激素复配剂，它由以下原料的质量分数制成：

所述聚谷氨酸发酵液中含聚谷氨酸10～15wt％。

一种适于棉花的生物刺激素复配剂的制备方法，其步骤是：

A.利用微生物发酵制备含有聚谷氨酸质量分数为10～15％的聚谷氨酸发酵液，发酵结束后对微生物进行紫外灭活得到聚谷氨酸溶液；

B.将矿源腐植酸与氢氧化钾或氧化钾或碳酸钾进行反应制备成可以溶解于水的腐植酸钾，按比例称取腐植酸钾溶于沸水中得到腐植酸钾溶液；

C.按比例称取氨基酸粉、聚谷氨酸发酵液混合，搅拌、溶解得氨基酸混合溶液；

D.将制备的步骤B中的腐殖酸钾溶液全部加入到步骤C中的氨基酸混合溶液中，利用超声振荡器在35℃，60KHz频率下进行乳化，形成悬浮的制剂，即得一种适于棉花的生物刺激素复配剂。

一种适于棉花的生物刺激素复配剂在增加棉花产量的应用，其步骤是，在以下任一种生长时期进行喷施：

a.出苗后至蕾期前按照质量比1∶800倍喷施1～2次，即每亩棉田每次用水量15kg，生物刺激素复配剂每亩每次用量为18.75g，两次喷施间隔5～7天；

b.蕾期至花铃期前按照质量比1∶800倍喷施1～2次，即每亩棉田每次用水量30kg，将生物刺激素复配剂每亩每次用量为37.5g，两次喷施间隔5～7天；

c.花铃期按照质量比1∶1200倍喷施2～3次，每亩棉田每次用水量30kg，将将生物刺激素复配剂每亩每次用量为25g，两次喷施间隔7～9天。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：

通过上述措施，申请人获得了具有针对性的生物刺激素复配剂在棉花上应用的技术手段，通过在棉花的苗期、蕾期、花期和铃期外源应用一定浓度的生物刺激素复配剂能够调控棉株的营养生长和生殖生长的关系，促进花蕾向棉铃的转化，减少脱落，提高单株成铃数，提高产量；促进生长较弱棉棉株或低温、干旱、高温影响下棉株的生长发育，提高棉株抗逆能力，减少脱落，提高单株成铃数，保障产量，从而提高植棉综合效益，保障棉花高效生产。田间试验结果表明，应用一定浓度的生物刺激素复配剂可以显著促进棉花生殖发育，提高单株成铃数1～3个，且显著增加产量，2016年增产率为11.0％～12.7％，2017年增产率为15.6％～17.5％。

本发明的生物刺激素复配剂具有活化土壤中磷酸盐和钾离子，增强植物对微量元素的吸收等作用促进棉株生长的作用，进而提高棉花增产。由于本发明的生物刺激素复配剂中的腐殖酸钾为活化态，氨基酸属于小分子物质，在叶面喷施条件下，这些物质能够被棉花叶片高效吸收，而且叶面吸收的优势在于代谢、转运便利，直接将养分送入生长发育旺器官，进而促进棉花幼苗(新疆1叶1心期，黄河流域3叶期)抵抗前期逆境(黄河流域干旱，新疆棉区盐碱、低夜温)，补充的营养物质改善了由于干旱、盐碱、低夜温造成的棉花根系活力降低、根系矿质养分离子吸收拮抗、过氧化氢积累增加、光合产物运输和积累下降等影响，氨基酸添加物中的脯氨酸能保护胁迫下植物的质膜损伤和减轻过氧化伤害。

达到促苗壮苗的作用；而且生物刺激素复配剂中氨基酸等小分子化合物作为植物体内的代谢物质，不仅是植物体内物质合成的基本原料，同时又是物质信号能够进一步条件棉花自身的生长代谢，能够调节生殖生长和营养生长的关系，促进开花结铃期营养生长向生殖生长的转化，让更多光合作用的营养物质存储于棉铃之中，防止棉铃由于营养不足脱落，提高了棉花单株成铃数，从而获得较高的产量。

此外，本发明所涉及的物质之间并不是简单的叠加，而是根据棉花叶片蜡质层的特点以及原料的分子粒径大小，复配成能够让棉花高效吸收的制剂；而且发明中物质总量的碳氮比、活性物质中活化腐植酸与氨基酸的配比、聚合氨基酸和普通氨基酸的配比都是根据棉花这种作物生长发育期的生理、代谢特性确定的。

外施r-聚谷氨酸的水稻植株具有更高的抗氧化酶活性，累计较少的ROS，积累更多的脯氨酸、可溶性糖等渗透调节物质，保持水稻较平衡的离子比例和分配；γ-聚谷氨酸是高分子物质不能通过膜结构，可能会引起细胞膜上一些物质的变化。黄腐酸钾与γ-聚谷氨酸在增加棉花植株体内抗氧化酶活性，渗透调节物质方面具有协同增效。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合实施例做进一步详细说明。

实施例1：

聚谷氨酸发酵液中含聚谷氨酸10～15wt％。

一种适于棉花的生物刺激素复配剂的制备方法，其步骤是：

A.利用微生物发酵制备质量百分比为10％～15％的聚谷氨酸发酵液(聚谷氨酸浓度为10％～15％)，发酵结束后对微生物进行紫外灭活得到聚谷氨酸溶液；

B.将矿源腐植酸与氢氧化钾或氧化钾或碳酸钾进行反应制备成可以溶解于水的腐植酸钾，取制备好的腐植酸钾22kg溶于15kg沸水中得到腐植酸钾溶液；

C.将氨基酸粉18kg(含有甘氨酸、脯氨酸、赖氨酸等一种或几种)加入到步骤A的45kg聚谷氨酸发酵液溶液中，搅拌、溶解呈溶液；

D.将制备的步骤B中的腐殖酸钾溶液全部加入到步骤C中的溶液中，利用超声振荡器在35℃，60KHz频率下进行乳化，形成悬浮的制剂，即得总质量为100kg的一种适于棉花的生物刺激素复配剂。

本实施例提供的适于棉花的生物刺激素复配剂配方独特，物质组成合理，制备方法简便；原料配比合理，各组分间性质稳定；环境友好，生态安全，不存在污染环境问题；易于推广应用。

首先，本实施例作为一种复配制剂兼具有了单一物质的作用功能，而复配后的物质组成更加合理更利于棉花吸收利用，并显现作用功能。其次，本实施例提供的复配制剂为水基型，方便田间喷施、冲施、滴灌等多种应用方式。再次，制备腐植酸钾溶液是经过沸水活化的更利于植物吸收利用，而聚谷氨酸发酵液除了含有一定的聚谷氨酸，还有一些微生物代谢的糖、氨基酸、生长素等多种活性物质，通过紫外灭活，措施简便，避免微生物在溶液剂中继续活动影响复配剂理化性质。

实施例2至实施例7：

一种适于棉花的生物刺激素复配剂，它由以下原料质量分数(％)制成：

表1

其制备步骤与实施例1相同。聚谷氨酸发酵液中含聚谷氨酸10～15wt％。

实施例2～实施例7分别为针对不同棉花产区及不同种植模式(直播或移栽)以及棉花不同生长发育阶段下棉花生长特性所制备的系列配方。

以上方法制备生物刺激素复配剂稀释一定倍数后可用于对棉株叶面进行喷施，各成分每亩应用量如下表2

如上表2中的实施例1中氨基酸、聚谷氨酸、腐殖酸钾每亩实际使用量(g/亩)是按照以下方式计算获得的：

按照质量比1∶800稀释施用，那么1g复配剂需要加800g水。

实施例1中用水量是为15L即15kg。

按照公式1∶800＝×∶15kg

反推复配剂用量(×)＝1×15kg÷800＝0.01875kg＝18.75g

按照实施例1，氨基酸占比18％，聚谷氨酸发酵液(聚谷氨酸含量10％～15％)占比45％，腐殖酸钾占比22％；

故，每亩在用水量为15kg的前提下，按照质量比1∶800施用复配剂，复配剂的用量为18.75g，进一步计算每亩施用量如下：氨基酸(18.75g×18％＝3.38g)，聚谷氨酸(18.75g×45％×10％＝0.84g，18.75g×45％×15％＝0.1.27g)，腐殖酸钾(18.75g×22％＝4.13g)。

实施例8：

一种适于棉花的生物刺激素复配剂在黄河流域棉区棉花苗期中的应用：

2016年，在黄河流域一熟棉田，采用田间小区试验，设置5个处理，每个处理重复4次，每个试验小区20m²。试验于3叶片期进行叶面喷施，5个试验小区分别采用实施例2的生物刺激素复配剂(稀释800倍应用)、黄腐酸钾(试验浓度0.50g/L)、氨基酸(应用浓度为0.33g/L)、聚谷氨酸(应用浓度为0.10g/L)、清水，喷施2次，每次间隔7天，每亩喷施用水量15kg，其他田间管理方式一致，第一次喷施15天后采样，测定棉株株高、茎粗和叶面积，测定干物质，结果如表3。

试验结果表明，与清水对照相比，应用一定浓度的氨基酸、黄腐酸钾、聚谷氨酸、生物刺激素复配剂(实施例2)能够提高棉株茎粗、株高、叶面积和总干重，但是实施例2的作用效果明显高于单一应用黄腐酸钾、氨基酸、聚谷氨酸。因此可以明确应用一定浓度的生物刺激素复配剂(实施例2)可以显著促进棉苗生长发育，为后期现蕾、成铃搭建起良好的基础架构。

表3棉花苗期应用生物刺激素后的效果

实施例9：

一种适于棉花的生物刺激素复配剂在新疆棉区棉花苗期中的应用：

2017年，在南疆阿克苏地区棉田，采用田间小区试验，设置5个处理，每个处理重复3次，每个试验小区45.6m²。试验于1叶一心期进行叶面喷施，5个试验小区分别采用实施例6的生物刺激素复配剂(稀释800倍应用)、黄腐酸钾(试验浓度0.50g/L)、聚谷氨基酸(应用浓度为0.10g/L)、氨基酸(应用浓度为0.33g/L)、清水，喷施2次，每次间隔7天，每亩喷施用水量15kg，其他田间管理方式一致，第一次喷施15天后采样，测定棉株根干重、地上部分干重，测定总干物质量，结果如表4。

试验结果表明，与清水对照相比，应用一定浓度的聚谷氨酸、黄腐酸钾、氨基酸、生物刺激素复配剂(实施例6)能够显著提高棉株根干重、地上部干重和总干重。而且实施例6的作用效果明显高于单一应用聚谷氨酸、黄腐酸钾、氨基酸。因此可以明确应用一定浓度的生物刺激素复配剂(实施例6)可以显著促进新疆棉区棉花苗期的生长发育，提高棉株抵抗盐碱、干旱等逆境的能力，为后期棉花生长、成铃奠定基础。

表4棉花苗期应用生物刺激素后的效果

实施例10：

一种生物刺激素在棉花铃期中的应用，其使用过程是：

2016和2017年，在黄河流域一熟棉田，采用田间小区试验，设置8个试验小区，8个试验小区内处于苗期的棉株，按表5所示分别采用以下的其中一种生物刺激素溶液进行叶面喷施，其他管理方式一致，每个试验小区重复3次叶面喷施2次，每次间隔7天，每个试验小区64m²，每亩喷施用水量30kg，进行叶面喷施后，在成熟期调查并采样，测定棉株干物质、实收产量。

试验结果表明，与清水对照相比，应用黄腐酸钾(试验浓度0.50g/L)、氨基酸(应用浓度为0.33g/L)、聚谷氨酸(应用浓度为0.10g/L)以及生物刺激素复配剂(实施例3、5、7)能够显著增加棉株干物质、单株成铃数和产量；而且应用一定浓度的生物刺激素复配剂(实施例3、5、7，稀释1200倍应用)明显效果好于应用一定浓度黄腐酸钾、氨基酸、聚谷氨酸。与清水相比，应用生物刺激素复配剂(实施例3、5、7)2016年单株成铃数增加比率为9.8～13.7％，每亩增产率为11.0％～12.7％，2017年单株成铃数增加比率为15.6～17.8％，增产率为15.6％～17.5％。

表5棉花铃期应用生物刺激素后的效果

Claims

1.一种适于棉花的生物刺激素复配剂在增加棉花产量的应用，其特征在于，所述的生物刺激素复配剂，它由以下原料的质量分数制成：

所述聚谷氨酸发酵液中含聚谷氨酸10～15wt％，

所述的生物刺激素复配剂在以下任一种生长时期进行喷施：

a.出苗后至蕾期前按照质量比1:800倍喷施1～2次，即每亩棉田每次用水量15kg，生物刺激素复配剂每亩每次用量为18.75g，两次喷施间隔5～7天；

b.蕾期至花铃期前按照质量比1:800倍喷施1～2次，即每亩棉田每次用水量30kg，将生物刺激素复配剂每亩每次用量为37.5g，两次喷施间隔5～7天；

c.花铃期按照质量比1:1200倍喷施2～3次，每亩棉田每次用水量30kg，将将生物刺激素复配剂每亩每次用量为25g，两次喷施间隔7～9天。

2.根据权利要求1所述的适于棉花的生物刺激素复配剂在增加棉花产量的应用，其特征在于：

3.根据权利要求1所述的适于棉花的生物刺激素复配剂在增加棉花产量的应用，其特征在于：

4.根据权利要求1所述的适于棉花的生物刺激素复配剂在增加棉花产量的应用，其特征在于：