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【行业】生物刺激素全球概述一:定义、法规、功效
发表时间:2018-07-27 15:57

植物生长的调节以及生长过程中环境胁迫的负面影响决定了作物生产力。虽然人们普遍认识到生物和非生物胁迫可抑制农作物发挥出产量潜力,但目前对相应机制的理解以及减轻这些影响的策略非常有限。通过优化植物生长条件和提供水、养分及植物生长调节剂(生长素、细胞分裂素、赤霉素、独脚金内酯、油菜素内酯)可以预防非生物胁迫。


除了这些传统方法,生物刺激素正越来越多地被整合到生产系统中,以改变植物的生理过程,从而优化生产力?;谔烊徊牧系闹参锷锎碳に匾咽艿娇蒲Ы绾推笠档闹厥?,尤其在过去的二十五年中。生物刺激素为植物生理过程的调节提供了一种潜在的新方法来刺激作物生长,减轻由胁迫引起的产量受限。本文全面分析生物刺激素领域的现状,为这类物质的定义、分类和实际应用奠定科学的理论基础。本次综述的一个重点是了解和确定生物刺激素在农药和肥料等农资产品中的合适位置,并思考这些多组分复杂生物刺激素的独特属性。


名称和定义


用于植物的生物刺激素的发展以及植保产品、肥料的登记监管,要求对生物刺激素有清晰的定义。目前,生物刺激素的定义还不明确,其涵盖了许多种类的产品,被称为源于生物的刺激剂、代谢强化剂、植物强化剂、植物生长调节剂、诱导剂、化感作用促进剂、植物调理剂、植物刺激剂等。一个重要的问题是:生物刺激素是不是植物生长调节剂?传统观念上,生物刺激素被认为是植物生长调节剂的一种。法规规定,生物刺激素可含有天然植物激素,但生物功效不是由其本身发挥,否则这些产品应作为植物生长调节剂登记。此外,生物刺激素不是农药。


多年来研究学者和政策制定者一直难为生物刺激素制定出一个简洁且符合其生物功效的定义。过去的表述有些存在局限性,或者太过宽泛,还有一些没有体现生物刺激素产品中营养成分的影响。其实,生物刺激素能像肥料一样提供营养,有些还含有生长素。公众对许多生物刺激素产品不够信任,因此有必要对生物刺激素制定出恰当的定义,表明这类产品的用途。


在制定政策时使用恰当的生物刺激素定义十分重要,任何定义都应当基于科学原理。生物刺激素可按照其作用机制和活性物质来源进行分类;有些人认为应当根据在植物中的作用机制而非成分来进行分类;还有些人强调对植物生产力影响的重要性,表示定义应聚焦在生物刺激素的农用功能上,而不是它的成分或作用机制。此处的植物生产力用于表示植物产量、品质、生产效率的提高。生物刺激素可以依据其作用机制、来源,或仅依据其对植物生产力的提高来定义。制定定义的挑战在于其复杂的成分,许多生物刺激素产品的成分尚未被定义,并且可能产品的作用不能通过各成分单独解释,而需要各成分间的相互作用来描述。


鉴于此,出现了两种针对复杂生物刺激素的定义方式。第一种是基于生物刺激素中的成分,这些成分促进了植物生产力的提高,但过去忽略了这些成分。这样的定义同时强调对植物生产力的益处和不曾被人了解的作用机制。因此,生物刺激素可定义为“借助某种作用机制改善植物生产力的制剂产品,该作用效果不单单是由已知的植物必需营养物质、植物激素、植物生长调节剂或植保物质产生?!蓖ü庵侄ㄒ?,生物刺激素的基本生物机制一经明确,即可按照功能成分进行分类。


目前应用的大部分生物刺激素都是生物作用产生的,或是从生物材料中获取的复杂成分混合物。成分多样性常被认为是生物刺激素良好功效的基础,生物刺激素的功效是个各成分联合作用表现出的整体功效,是单个成分的功效无法表述的。新名称表示出更为复杂成分的新功效。


生物刺激素也可定义为源于生物的制剂产品,产品成分能改善植物生产力。


目前,还没有能明确体现生物刺激素特性的描述,由于对特性机理不能做出解释,或者无法预测,亦或无法对各组成部分单独研究,因此这在所有复杂生物系统领域中都很常见。


我们建议生物刺激素定义为生物源制剂产品,其复杂成分的新型或特性能促进植物生产力的提高。


借此,对生物刺激素中具有生物功能的新型分子的鉴定,对生物刺激素按功能分类十分有必要。


分类


生物刺激素可分为腐植质、海藻提取物、水解蛋白和氨基酸、无机盐和微生物。许多生物刺激素产品按照功能、使用方式和作用机制分入不同种类中。例如,腐植酸产品常被视为土壤健康促进剂,而促进植物生长的根际细菌属于生物肥、植物促进剂和生物农药。也有人认为生物肥是生物刺激素的一种。海藻提取物和微生物同样被视为生物肥。一些无机物或小分子若能促进植物生长,也可被列入生物刺激素。根据来源进行分类不能体现产品的作用机制,但这种分类在比较相似产品时能提供帮助。


法规和法律框架


农资产品的登记对确保产品的实用性、安全性及合法应用至关重要。若缺少生物刺激素的合理定义,登记过程和分类将难以开展,这也会对贸易和发展造成阻碍。很多国家和地区已发展出潜在生物刺激素的登记分类,例如植物调节剂、其他肥料、补给、土壤改善剂和促进植株强壮剂等。许多法律审核要求对产品分类时进行逐条描述,并对成分进行定义。而有些法规针对没有充分定义成分的产品,若其成分复杂,产品依旧可以获得登记。有专为复杂生物刺激素设立的提案,允许不详细说明化学名称,以标注,并解释为该产品化学成分复杂。如果我们认同生物刺激素的效果,但不了解其作用机制,那么该产品只能通过其安全性和功效证据来监管。


许多生物刺激素成分的复杂性使得难以发现其作用机制,生产、登记和使用也较为复杂。监管需要确保的是产品的安全性,对提高作物产量有帮助。发现功能和农业用途的任务可以各自独立地进行,市场对产品一如既往的品质需求也会推动这些任务的进展。基于此框架来调整国家法规对优化生物刺激素和各国间的贸易至关重要。


原材料来源和功效


下表介绍了生物刺激素的主要来源。微生物被大量用于生物刺激素的生产,其中包括细菌、酵母菌和真菌。生产过程用到了活的或失去活力的微生物或其代谢产物。不同种类的藻类,主要为海藻,也常用于生物刺激素的制备。植物种子、叶片、根部以及分泌物也是生物刺激素的常用原材料。此外,蛋白质水解产物和动物源氨基酸,包括副产物,昆虫源几丁质和壳聚糖衍生物、腐植酸也可作为原材料。各类生物刺激素的成分包括那些从剩饭、工业副产物、堆肥、粪便、农业副产物等提取出的物质。由于原材料和提取技术的多样性,生物刺激素产品的作用机制很难确定。


生物刺激素的来源、生产方式、生物功效

来源

生产方式

生物功效

细菌

活菌

培养

提高发芽率,促进生长,提高植物品质和产量

失去活力的细菌/其代谢产物

酸性水解,碱性水解,培养、酶解,发酵

真菌

活菌

培养

提高发芽率,促进生长,促进开花和结果,提高植物品质和产量

真菌提取物或其代谢产物

发酵,冻干

藻类

酸法处理,酸性萃取,碱性萃取,碱性处理,水剂法提取,细胞裂解,冷冻,高温,酶辅助提取,发酵、中性提取,未批辅助提取,加压液提取,超临界流体萃取,超声辅助提取等

提高植株结实量并增大果实,作物产量和果实品质,促进根部生长

高等植物

碱性水解,水剂法提取传统固-液提取,冷提取,酶解,乙醇提取,微波提取,压力溶剂萃取,固液萃取

促进生长,改善健康状况,提高产量,提高种子萌发率,促进胚芽鞘延伸,提高植物生物量、根干重,促进生根、开花和结果,促进成熟,提高果实品质

动物

酸性水解,化学水解,酶解,热水解

改善根系生长和发育,促进叶片生长,促进开花、坐果,减少果实脱落,促进果实重量和大小均一性,提高产量

腐植酸盐

提取,热化学分解

激活生长,促进根、叶生长,提高植株地上和地下部分生长指标(长度、干湿重),提高生物量和作物产量


未完待续.....


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