生化黄腐酸的生物活性和激素作用研究

生化黄腐酸的生物活性和激素作用研究_2011年论文集

生化黄腐酸的生物活性和激素作用研究

张常书 于秀芳 朱  玲

（上海通微生物技术有限公司 上海 200040）

摘  要：生化黄腐酸是腐植酸类物质的一种新资源、新产品，我们通过在原料的选择、生产和应用等方面做的大量试验研究，肯定了生化黄腐酸的生物活性和激素的多功能作用，而且在大面积的推广应用中已经得到证实；生化黄腐酸是一种天然的植物生长调节剂，没有任何毒副作用或残留污染，是生产绿色食品和有机食品的必然选择。

关键词：腐植酸新资料 生化黄腐酸 天然植物激素 无残留公害

Study on Bioactivation and Hormonal Function of Biochemical Fulvic Acid

Zhang Changshu, Yu Xiufang, Zhu Ling

(Shanghai Tongwei Biological Technology Co., Ltd., Shanghai, 200040)

Abstract: Biochemical fulvic acid is new kind of humic acid products. Based on the experiment, we studied raw materials selection, production and application. Bioactivation and hormonal function of biochemical fulvic acid are proved in our study, and also testified by popularization and application in large areas. Biochemical fulvic acid as a kind of natural plant growth regulator, which can not produce toxicity or residual pollution, are the inexorable choice for development green foods and organic foods.

Key words: new humic acid products; biochemical fulvic acid; natural phytohormone; no residual pollution

1  生化黄腐酸的起源和开发研究状况

腐植酸(humic acid，简称HA)，多存在于煤炭中，分为黄腐酸(fulvic acid，简称FA)、棕腐酸、黑腐酸3种，其中，可溶于水和酸的HA为黄腐酸。

生化黄腐酸(biochemical fulvic acid，简称BFA)是采用生物技术，以植物残体为原料获得的生化产物。七十年代末，张常书[1]提出植物秸杆等经腐烂分解后，会产生一种水溶性的初生态腐植酸，即现在称之为“生物腐植酸”(BHA)的物质。如果按黄腐酸的定义，BHA的产物中，有一部分可溶于水和酸的较低分子的腐植酸，符合FA的定义，经提纯后而成为BFA。

20世纪90年代初，河北省科委对深州李全来生产的“生化黄腐酸”进行了成果鉴定[2]，从此BFA得到了多数人的认同，随后何立千、李瑞波、张常书等，对BFA做了大量研究，并发表过多篇论著，对BFA的理化特性、生产工艺、检测方法和应用效果等都进行了探讨[3]，并肯定了BFA的使用价值。但生化黄腐酸没有固定的资源和生产工艺，也没有专用生物发酵菌剂，所以各地生产的BFA质量都不一样，甚至相差很大，这是评价和认识BFA有效成份和微观结构的严重障碍，因此BFA的界定标准和检测方法也难以确定。

二十世纪初，张常书等人，对BFA的界定、生产、应用和检测等做了更深入的研究，提出了各种有机废弃资源的利用和专一菌种定向发酵的生产工艺，从此我国BFA工业产品问世，大量的高纯度全水溶性的BFA进入国内外市场，为BFA在农牧业上的推广应用创造了有利条件。

近年，上海通微生物技术有限公司研究表明，通微BFA发酵产物中含有氨基酸、核酸、赤霉酸、吲哚酸、脱落酸等多种生化活性物质和内源激素[4]，用作叶面肥、冲施肥、滴灌肥，有机肥等主剂或添加剂都有良好的效果。所以，我们将BFA视为一种天然的植物内源素，在我国农牧业生产和推广应用中将发挥重要的作用。

2  生化黄腐酸的化学特征和作用机理

2.1 产品来源和工艺特征

矿源HA是古代植物经分解、缩合、矿化而成的碱可溶有机物；为了缩短HA的形成周期，提高产品生物活性，一般采用人工降解或生物发酵分解的方式可获得生物腐植酸或生化腐植酸BHA或BFA，若含有更高的生物活性，可选择专用原料和专用菌种发酵，或采用化学改性，增加邻醌基、硝基愈创木酚，含N杂环化合物等，提高生物活性，有利发挥和强化BFA的激素作用。

用于生产BFA的植物源品种繁多，有作物秸秆、农副产品下脚料或有机食品废弃物等，经生化处理而得；但不同原料、不同生产工艺和发酵菌剂，其产物成份有较大的差别。因此BFA产品呈多样化状态，为了规范BFA产品质量，提高使用效果，我们提倡优化原料配方，优选最佳菌种，采用定向发酵等生产工艺，可以获得较稳定的优质BFA产品。

2.2 生化黄腐酸的化学特征

BFA是一种类似煤黄腐酸物质的有机羧酸混合物，BFA主要以苯丙烷结构为主体的杂环化合物，含有愈创木基、紫丁香基和羟苯基结构。主要官能团有醇羟基(-OH)，酚羟基、羰基(＞C=0)，羧基(-COOH)、主要活性物质有邻醌类，核酸、酵素、氨基酸、苯乙酸和吲哚酸类物质等；周霞萍采用13C-NMR核磁共振图谱分析研究[4]，发现上海通微生物技术有限公司提供的BFA中，含有脱落酸，赤霉酸和吲哚酸等植物内源激素，这就足以说明生化黄腐酸中含有较多的生化活性物质和植物内源激素，并具有植物内源激素的多种生理功能。

商品BFA是一种棕褐色粉末或浓稠液，pH值为4～6，可溶于水、乙醇和稀碱稀酸溶液，抗二价金属离子，并具有螯合能力；分子结构很稳定，在150～200 ℃下难以分解，对光不敏感，但易吸潮、水溶性好、全溶于水，水不溶物＜1%，灰份＜10%，不含任何有害物质，重金属＜3 mg/ kg，有机质60%～70%，BFA 70%～95%，分子量300～1000，含氧40%～50%，含碳量38%～40%，碳系数0.4，E4/E6值 7～8，在pH值为1～12的酸碱液中可全溶，其理化性能优于煤黄腐酸MFA。

2.3 生化黄腐酸的作用功能和机理

据研究,BFA中的苯环邻醌基、吲哚环和吡咯氮杂环、赤霉酸或双萜酸，诱抗素或脱落酸等，除邻醌类物质外，都属于植物内源激素，这些富集的内源激素和FA的活性官能团，对植物的根系生长，茎叶增大、分叶增多、叶片增绿增厚、提高座果或结实率、增加千粒重或果实膨大、提高产量、改善品质、提早成熟、抗病抗逆等都有明显作用[6],这些功能在大面积推广应用中得到证实，其作用机理，可在《植物生长调节剂指南》中找到答案[7]。

FA和BFA的生理活性或激素作用机理，主要是刺激多糖酶和氧化酶的活化，促进根细胞的分裂，增强根部呼吸，促进根的生长，提高发芽率；BFA能提高作物光合强度和呼吸强度，主要由于多酚类物质在植物细胞内起呼吸催化剂的作用，使呼吸强度由43.2 mg O2/(100g·h)提高到61.3 mg O2/(100g·h)，光合含量由0.079 g(m2· h)增加到0.114 g(m2·h)，提高44.3%；BFA可提高植物生理代谢能力和酶的活性，BFA以H受体影响植物的氧化还原过程，促进氧的吸收，刺激酶的活性，提高渗透压、增强ATP酶的活性，促进微量元素的吸收，增加叶绿素含量；BFA对增强作物抗旱、抗逆、改善品质、提高产量等也有明显影响[8，9]。

2.4 生化黄腐酸谱图分析

根据上海通微生物技术有限公司提供的BFA,由华东理工大学周霞萍提供的13C-NMR核磁共振谱图的化学移位和归属分析，BFA中的脂肪碳环烷碳含量要比矿源HA多，苯环为主的芳香碳较少，这说明BFA更接近植物原生态化学结构，生理活性更高。

再根据毛细管电泳色谱分析，上海通微生物技术有限公司的BFA中，含有不同程度的ABA脱落酸，IAA吲哚酸、GA3赤霉酸，部分谱图见图1～图4。

图1 矿源FA和BFA的13C-NMR核磁共振图谱
Fig.2 13C-NMR spectra of FA and BFA from mines

注：通微BFA谱图与煤FA的谱图化学位移相似。

图2 糖蜜BFA(广东)13C-NMR谱图
Fig.2 13C-NMR spectra of BFA in molasses

注：按出峰位置和面积分析：糖蜜BFA几乎全是碳水化合物，芳香羧酸仅占7.97%。

图3 秸秆BFA(河北)13C-NMR谱图
Fig.3 13C-NMR spectra of BFA in straw from Hebei Province

注：同样按上述分析方法，秸杆BFA没含有芳香羧酸，主要是碳水化合物。

图4 上海通微BFA(B型)产品含植物激素的BFA电泳色谱图
Fig.4 13C-NMR spectra of BFA (type B) containing phytohormone from Shanghai Tong Wei

注：据上图测算分析：通微BFA(B型)产品中，含有ABA(脱落酸)含量0.108%，GA3(赤霉素)含量1.014%，IAA(吲哚酸)含量0.017%。

根据谱图分析，因各种不同生产工艺，生产原料或发酵菌剂等的差别，直接产生对BFA化学物质结构和物质成份的影响，其产物中的生理活性物质差异也很显著。所以,必须优化生产原料和生产工艺,才能保证BFA的生理活性和产品质量，否则就不能达到理想的使用效果。

3  生化黄腐酸的应用效果和推广价值

根据上海通微生物技术有限公司提供的BFA和矿源黄腐酸(MFA)进行的对比试验，采用占种子重0.1%～0.3%拌种催芽后播种，其不同种子的发芽和生根情况如下。

3.1 BFA对作物根的刺激作用

3.1.1 试验方法

作物幼苗期，高10 cm时，去除须根后，再加入供试溶液后水培，10～15 d后观察出根数和幼苗的长势。

3.1.2 试验结果

通微BFA对作物根的影响见表1。

表1 Engao海湾和丘布特河水的物理化学性质(取样点表层水)
Tab.1 Physicochemical characteristics of waters (surface water; sampled station)

3.2 BFA对作物生根发芽的刺激作用

3.2.1 试验方法

(1) 番茄种子浸入500 ppm的药液中，常温下(25 ℃)浸泡5 h，晾干后置于砂土中在25 ℃下恒温增养5天后观察结果；

(2) 玉米在三片叶时移栽在花盆中，每盆3株，成活后，每5天喷施100 ppm药液，连喷3次后观察结果。

(3) 小麦幼苗期，洗去根部泥沙，切除一半主根和须根，留1 cm长，置于50 ppm药液中水培，3天换1次水，15 d后观察结果。

3.2.2 试验结果

不同类型的通微BFA对番茄、玉米、小麦生长的影响见表2。

表2 通微BFA对作物生长的影响
Tab.2 Effect of BFA from TongWei on plant growth

3.3 BFA配制的叶面肥对作物产量的影响

3.3.1 试验方法

田间小区试验，在作物幼苗期、分叶期、花果期，用100 ppm浓度的BFA叶面肥，共喷5次。小区面积0.3分、3重复次，施肥方法相同。最后分别验收产量。

3.3.2 试验结果

通微BFA对作物产量的影响见表3。

表3 通微BFA对作物产量的影响
Tab.3 Effect of BFA from TongWei on plant yield

生化黄腐酸在农牧业上的应用已有多年历史，现已大面积推广应用并取得了显著效果，而且有相当数量出口到东南亚和欧美地区，BFA作为腐植酸的一种新资源，应受到关注和支持，特别是腐植酸中的FA和BFA，具有植物激素的作用，早就得到了公认,再加上当今提倡生态农业，有机农业，因BFA是一种纯天然的有机物，没有任何残留污染，是生产有机食品、绿色食品的最佳选择。因此，进一步开发研究高活性、高质量、高效果的BFA是非常必要的，需要进一步探讨BFA的最佳使用浓度、使用方法和适用范围等，以满足农业生产发展需要。

参考文献

[ 1 ]张常书．江西腐植酸，1979，(1)

[ 2 ]何立千．生物技术黄腐酸的研究和应用[M].北京：化学工业出版社，12～13

[ 3 ]李瑞波．生物腐植酸与生态农业[M].北京：化学工业出版社，2008: 24～27

[ 4 ]周霞萍．腐植酸应用中的化学基础[M].北京：化学工业出版社，2007: 57，58，91

[ 5 ]郑平．煤黄腐酸的生产和应用[M].北京：化学工业出版社，1991

[ 6 ]郑平．黄腐酸类物持在农业与医药中的应用[M].北京：化学工业出版社，1993

[ 7 ]朱蕙香，张宗俭，陈虎保，等编．常用植物生长调节剂应用指南[M].北京：化学工业出版社，2002

[ 8 ]成绍鑫．腐植酸类物质概论[M].北京：化学工业出版社，2007: 197～209

[ 9 ]黄琛，周霞萍，袁海平．高活性生化腐植酸对酶催化活性的影响[J].腐植酸，2007，(1): 32～39