CN1290483A - 植物抗盐抗旱剂及其使用方法 - Google Patents
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植物抗盐抗旱剂及其使用方法,涉及提高植物综合抗盐抗旱能力的化学组合物的配方、应用范围及使用方法。本发明是将赤霉素、水杨酸、氨基低聚糖(O－羧甲基壳聚糖)或它们与衍生物与钙盐按特定比例配方,用于植物播种前浸种,或苗期叶面喷施,提高植物综合耐盐耐旱能力。本发明可用于常规农业和滨海滩涂地带海水农业生产。
Description
本发明涉及提高植物综合抗盐抗旱能力的化学组合物的配方、应用范围及使用方法。
盐渍化土壤的开发利用是我国乃至全世界农业发展的需要，在滨海盐渍化滩涂地带，以海水为灌溉用水发展海水农业将是这些地区农业发展的必由之路。由于全球性的淡水资源不足，越来越多的土地正受到干旱与盐渍化的威胁。当农业灌溉用水不得不采用含盐的水或缺乏适当地排水系统时，水体中的盐分便积累在土壤中，从而形成盐渍化土壤。由于人口膨胀、城市化、工业化的发展和对淡水需求的不断增长，现代农业灌溉用水总量短缺将不可避免，对某些淡水资源匮乏的地区，特别是尚未开发的滨海盐渍化荒地与滩涂，发展海水农业将是迫不得已的选择。
多数植物(包括大多数的农作物)生活在这种高盐度的土壤环境中会受到旱害与盐害，从而生长与最终产量都受到抑制。即使多数盐生植物，如专性盐生植物碱蓬与滨藜等，在土壤含盐量超过2％的土壤中，也表现出严重的盐害，导致生物产量的大幅度降低。植物旱害与盐害常耦联发生，植物的耐盐机理与耐旱机理也有相通的方面。植物盐害本身就包括了渗透胁迫，而在干旱条件下，土壤溶液中的盐分浓度也常常上升到足以引起植物盐害的水平。
国际上与国内对植物盐害旱害机理的研究有很多，而且找到了一些分别对提高植物耐盐、耐旱能力的化学调控物质，如赤霉素、水杨酸、钙盐等。然而，对于不同调控物质之间的协同作用的研究未见报道，也未有提高植物综合耐盐耐旱能力的产品与技术。而且，现有的抗盐剂技术与产品只用于提高非盐生植物的耐盐能力，对于进一步提高耐盐的盐生植物的耐盐能力，在高度盐渍化土壤上或海水灌溉条件下进行植物栽培的研究，也未见报道。
第一种植物抗盐剂于1995年在山东师范大学问世，由赵可夫教授发明，它的实际效果是一般农作物在土壤含盐量0．5％以下的情况下，可以较对照提高产量15～23％，该项成果没有申请专利。第二个产品是1997年日本COSMO油脂有限公司COSMO研究所研制的一种产品——5-ALA(5-aminolevulinic acid，即5-氨基乙酰丙酸)，此产品已获得美国专利(1995年11月申请，专利号5661111)，此种产品应用范围广泛，在多种农作物中都有效，在土壤含盐量为1％的情况下，300ppm的5-ALA处理后，植物基本不表现盐害，在土壤含盐量1．5％的情况下，植物只表现轻微盐害。除这两种产品外，没有检索到其它类型的抗盐剂。
抗旱剂的种类，国内外都已有不少。在国外早期常用的有蒸腾抑制剂、植物保水剂等，国内也有一些类似产品。这两类产品由于价格高、效果不明显，还有一定的副作用，目前已被淘汰。现在国内使用较广的“旱地龙”，它对提高植物抗旱能力有一定作用，一般在中等干旱条件下，作物产量可提高10～15％，价格还是偏高，每亩地使用“旱地龙”成本约15元左右，有时效果还不够稳定。
几类现有的植物抗盐剂与抗旱剂的使用效果与实用性的比较见表1。
表1几种抗盐剂、抗旱剂的实用效果比较
本发明的目的是依据植物盐害与旱害机理研究的最新进展，关键在于针对盐害与旱害在发生上的耦联性与机理上的相关性，研制了植物抗盐抗旱剂，并确定了不同组分的最佳配比和配套的使用方法。本发明旨在提高植物综合抗盐与抗旱能力，以缓解植物的盐害与旱害，以期能够在轻度到中度盐渍化干旱环境中进行常规农作物的栽培。
植物盐害和旱害的形成机理，是细胞膜系统完整性的破坏，造成大量离子进入细胞，使细胞离子均衡机制受到破坏，同时由于环境的低水势，对植物形成严重的渗透胁迫，使植物细胞吸水困难，代谢活动受到抑制。本发明根据这一原理，从大量与植物质膜透性调节与渗透调节有关的物质中选择研制了植物抗盐抗旱剂，植物抗盐抗旱剂主要包含了四类对植物无毒无害，对植物细胞质膜完整性具有保护作用，同时又能够维持细胞的渗透调节能力的物质。这些物质是：(1)赤霉素(GA3或其它赤霉酸及其盐类)；(2)水杨酸(水杨酸及其盐或酯类)；(3)氨基低聚糖(O-羧甲基壳聚糖)；(4)钙盐(CaCl2或其它钙盐)。钙盐和氨基低聚糖对质膜完整性有明显地保护作用，同时钙盐具有促进植物多种生理功能的作用；赤霉素和水杨酸对离子害及细胞抗盐性有显著的协同促进作用。这四类物质的作用，不是简单的叠加，在适当的浓度配比条件下，不同物质之间有显著的相互促进作用。除了这四类物质及其衍生物外，植物抗盐抗旱剂还可以在其有效浓度前提下与其它物质复配使用。这些复配使用的物质包括植物生长调节剂、多糖、氨基酸、有机酸、醇类、维生素、矿质元素及表面活性剂。
通过对上述四类物质配比的反复实验，最终确定了四种不同的有效组合的配方。
配方1：以水为溶剂，其中包含：GA3浓度为10ppm，水杨酸20ppm，O-羧甲基壳聚糖0．5％，CaCl2浓度为10mM；
配方2：以水为溶剂，其中包含：GA3浓度为10ppm，水杨酸10ppm，O-羧甲基壳聚糖1％，CaCl2浓度为10mM；
配方3：以水为溶剂，其中包含：GA3浓度为10ppm，水杨酸5ppm，O-羧甲基壳聚糖0．5％，CaCl2浓度为10mM；
配方4：以水为溶液，其中包含：GA3浓度为10ppm，水杨酸5ppm，O-羧甲基壳聚糖0．1％，CaCl2浓度为10mM。
其中，配方2对非盐生植物效果最佳；按与配方2同样的配比关系但浓度提高1倍时，对盐生植物效果最好。
以上配方中的浓度为最终使用浓度，植物抗盐抗旱剂可以浓缩液或固态形式为贮存形式。
植物抗盐抗旱剂可用于在轻中度盐渍化土地上栽培大部分粮食作物、经济作物、蔬菜作物，如小麦、玉米、棉花、油菜、番茄等；也可用于在高度盐渍化土壤(含盐量13％～2．5％)上栽培盐生植物，如碱蓬和滨藜等。
植物抗盐抗旱剂对植物的施用方法包括水溶液浸种、苗期叶面喷施，也包括可湿性粉剂拌种与苗期喷洒。浸种时，植物抗盐抗旱剂每亩地试剂用量为CaCl2 10g、GA3 50mg、水杨酸50mg、O-羧甲基壳聚糖2g，溶于2000ml水中，然后将一亩地用量的种子浸泡在2000ml溶液中10小时，每隔30分钟搅拌一次，完成后晾干种皮，即可播种。叶面喷施时所用浓度与浸种浓度相同。
采用本发明可以提高植物对盐、旱逆境的耐受能力。通过对植物施用本发明所提出的植物抗盐抗旱剂，可有效地维持植物在盐渍、干旱环境条件下的正常代谢。本发明可用于多种植物，提高植物在盐渍化环境条件下的产量。本发明能使一般农作物在轻度到中度盐渍化与半干旱的低产田(土壤含盐量不超过0．6％，土壤含水量在一般植物萎蔫系数以下)上正常生长，并获得高于对照20～30％的产量；或使典型的盐生植物在高度盐渍化条件(土壤含盐量2～3％的盐荒地与滩涂)下正常生长，并获得高于对照30％以上的生物产量。本发明的另一重要应用效果是在高度盐渍化的荒地与滩涂地区，在一般盐生植物也不能正常生长的地带，通过进一步提高盐生植物的耐盐及耐旱能力，进行盐生植物的规模化栽培。也就是说，与现有的产品与技术相比，植物抗盐抗旱剂不仅能提高非盐生植物的综合耐盐耐旱能力，而且对提高盐生植物在高度盐渍化、干旱环境下的抗盐抗旱能力有明显的效果。
本发明的具体实施例和实施效果，详述如下：
下列实例可由本研究领域的一般专业人员按照说明实施，并得到具体数值可能不同、但数量变化趋势与本说明一致的结果。
下列实例中，各种植物生理指标的测定时期为小麦7叶期、玉米6叶期、棉花10叶期、碱蓬(Suaeda salsa)与滨藜(Atriplex centralasiatica)为2个月的幼苗，产量的测定按各植物的正常采收期进行。
[实施实例1]
本实例说明了植物抗盐抗旱剂对盐胁迫下几种植物在盆栽条件下细胞质膜透性与渗透调节能力的影响。
小麦(品种424142)、玉米(品种鲁单052)和棉花(品种鲁棉14)种子分别在4种上述配方的溶液浸种(对照以蒸馏水浸种)10小时后，播在直径20cm高20cm的塑料桶中，以洗净的河沙为基质，含有100mMNaCl的1／2 Hoagland溶液为培养液。测定不同组合对植物幼苗细胞质膜透性(电导法)和细胞保水能力(测定在高渗溶液中细胞体积的变化)。结果见表2。表2的结果表明组合2对植物的保护作用最有效。
[实施实例2]
本实例说明了植物抗盐抗旱剂对几种农作物在盐渍土壤上中度干旱条件下细胞质膜透性与渗透调节能力及最终经济产量的影响。
植物抗盐抗旱剂按配方2配比，在播种前浸种10小时，对照以自来水浸种10小时，然后按常规方法播种。玉米试验在山东省东营市河口区新户乡进行，棉花试验在山东省陵县进行，小麦试验在周村农业试验站进行。所选土壤含盐量为0．5～0．7％，土壤水分为中度干旱。生理指标测定在苗期进行，产量测定在植物正常采收期进行。测定结果列于表3。
表2不同抗盐抗旱剂配方对不同作物细胞生理特性的效应
(CK：为对照，下同)
| 植物 | 配方 | 质膜相对透性（%） | 叶片含水量（%） | 渗透调节能力（MPa） |
| 小麦 | 1234CK | 4.82.25.25.515.6 | 83.887.084.285.080.5 | 1.501.851.601.580.40 |
| 玊米 | 1234CK | 4.63.06.47.018.8 | 84.188.085.085.680.1 | 1.521.881.581.600.32 |
| 棉花 | 1234CK | 4.02.04.25.016.5 | 82.086.683.383.681.5 | 1.601.901.581.700.48 |
表3植物抗盐抗旱剂对小麦、玉米和棉花产量的效应
| 植物 | 配方 | 质膜相对透性（%） | 叶片含水量（%） | 渗透调节能力（MPa） | 产量（Kg/亩） |
| 小麦 | 2CK | 4.222.5 | 86.579.6 | 1.800.45 | 210175 |
| 玊米 | 2CK | 4.823.8 | 85.578.4 | 1.730.34 | 250200 |
| 棉花 | 2CK | 5.320.6 | 85.680.2 | 1.860.41 | 31.525 |
[实施实例3】
本实例说明了在高盐渍化条件下，植物抗盐抗旱剂对盆栽盐生植物碱蓬与滨藜生长与产量的影响。
碱蓬与滨藜种子分别在配方2的2倍浓缩液(即等量的化学物质只溶解在1000ml蒸馏水中)中浸种(对照以蒸馏水浸种)24小时后，播在直径40cm 高50cm的塑料桶中，以洗净的河沙为基质，滨藜以含有300mM NaCl的1／2 Hoagland溶液为培养液，碱蓬以含有500mM NaCl的1／2 Hoagland溶液为培养液。测定不同组合对植物幼苗细胞质膜透性和渗透调节能力，在生长期结束后测定种子产量，结果见表4(滨藜)和表5(碱蓬)。
表4盐胁迫下(300mmol／L NaCl)植物抗盐抗旱剂对滨藜质膜透性、渗调能力及种子产量的效应
(以上数据为3个重复处理的平均值)
| 处理 | 质膜相对透性（%） | 渗调能力（MPa） | 种子产量（g/平方米） | 产量提高% |
| 植物抗盐抗旱剂CK | 21.537.6 | 1.800.25 | 65.354.0 | 20.8%- |
表5 盐胁迫下(500mmol／L NaCl)植物抗盐抗旱剂对碱蓬质膜透性、渗调能力及种子产量的效应
(以上数据为3个重复处理的平均值)
| 处理 | 质膜相对透性（%） | 渗调能力（MPa） | 种子产量（g/平方米） | 产量提高% |
| 植物抗盐抗旱剂CK | 2035.2 | 2.200.30 | 77.855.9 | 39.3%- |
[实施实例4]
本实例说明了在高盐渍化条件下，植物抗盐抗旱剂对大田栽培盐生植物碱蓬与滨藜生长与产量的影响。
碱蓬与滨藜种子分别在配方2的2倍浓缩液(即等量的化学物质只溶解在1000ml蒸馏水中)中浸种(对照以蒸馏水浸种)24小时后，按常规方法播种。10天后测定出苗率，现花期测定田间净光合速率，种子正常成熟后采收计算产量。每种植物设处理与对照各5个小区重复，每小区面积6平方米，种植滨藜的土壤含盐量为1．0～1．3％，种植碱蓬的小区土壤含盐量为1．5～1．8％。测定结果见表5，表中每个数据都是5个重复的平均值。
表5植物抗盐抗旱剂对大田栽培滨藜与碱蓬生长与种子产量的影响
Claims (7)
1、植物抗盐抗旱剂，具有提高植物综合抗盐抗旱能力的功能，其特征在于，包含下列四类物质：
(1)赤霉素指赤霉酸类化合物，包括GA3、GA7、GA4等，及其盐类，如钾盐、钠盐等；本发明选用其中一种或几种；
(2)水杨酸衍生物指水杨酸的盐类，如水杨酸钠、水杨酸钾、水杨酸钙，及水杨酸酯类化合物，如水杨酸甲酯、水杨酸乙酯、水杨酸丙酯等；本发明选用其中一种或几种；
(3)氨基低聚糖(O-羧甲基壳聚糖)；
(4)钙盐指钙的可溶性盐类，如氯化钙、硝酸钙、醋酸钙、丙酸钙、丁酸钙、戊酸钙、柠檬酸钙、延胡索酸钙、苹果酸钙、葡萄糖酸钙等钙盐；也包括一些难溶性钙盐的络合物形式；本发明选用其中一种或几种。
2、根据权利要求1所述的植物抗盐抗旱剂，四类物质的配比可以下述配方中的任意一种：
配方1：以水为溶剂，其中包含：GA3浓度为10ppm，水杨酸20ppm，O-羧甲基壳聚糖0．5％，CaCl2浓度为10mM；
配方2：以水为溶剂，其中包含：GA3浓度为10ppm，水杨酸10ppm，O-羧甲基壳聚糖1％，CaCl2浓度为10mM；
配方3：以水为溶剂，其中包含：GA3浓度为10ppm，水杨酸5ppm，O-羧甲基壳聚糖0．5％，CaCl2浓度为10mM；
配方4：以水为溶液，其中包含：GA3浓度为10ppm，水杨酸5ppm，O-羧甲基壳聚糖0．1％，CaCl2浓度为10mM。
3、根据权利要求1或2所述的植物抗盐抗旱剂，可以在保证其有效浓度的前提下与下述物质的一种或几种复配使用：植物生长调节剂、多糖、氨基酸、有机酸、醇类、维生素、矿质元素及表面活性剂。
4、根据权利要求2所述的植物抗盐抗旱剂的4种配方，其中配方2效果对非盐生植物效果最佳，
5、根据权利要求2所述的植物抗盐抗旱剂的配方2的比例关系，浓度提高1倍时，对盐生植物效果最佳。
6、本发明的应用范围包括在盐渍化低产田上的多数粮食作物与经济作物、蔬菜作物，也包括在高度盐渍化环境如海滨滩涂、盐沼中的盐生植物。
7、本发明的使用方法为水溶液浸种、苗期叶面喷施，也包括可湿性粉剂拌种与苗期喷洒。
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