生物刺激素作為一種新型有機產(chǎn)物，對有機農(nóng)業(yè)和綠色農(nóng)業(yè)的發(fā)展有重要的應(yīng)用價值?；ǚ鄱嗵鞘悄壳笆袌錾衔ㄒ坏闹参镌瓷锎碳に兀啾绕渌麃碓瓷锎碳に?，安全性更高，工藝更環(huán)保，應(yīng)用功能更廣泛。成都新朝陽作物科學(xué)股份有限公司（簡稱″新朝陽″）對花粉多糖應(yīng)用機理及結(jié)構(gòu)解析的探索，突破了現(xiàn)有生物刺激素機理不明確、原料不均一、成分不清晰的瓶頸。

一、生物刺激素的起源與定義

在過去的幾十年中，化肥和農(nóng)藥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中起著至關(guān)重要的作用。隨著農(nóng)業(yè)與環(huán)境的關(guān)系被日益重視，許多國家和地區(qū)提倡發(fā)展有機農(nóng)業(yè)，一方面可以獲得巨大的環(huán)境和經(jīng)濟效益，另一方面也可以為消費者和農(nóng)戶帶來更多健康。（Casagrande M，Peigne J，Payet V，et al Organic farmers’ motivations and challenges for adopting conservation agriculture in Europe[J]. Organic Agriculture，2016，6(4):281-295.）因此，生物刺激劑（Biostimulants）作為一類環(huán)境友好地、安全高效地新型綠色農(nóng)業(yè)投入品逐漸進入農(nóng)業(yè)研究及商業(yè)化領(lǐng)域?qū)I(yè)人員的視野，一躍成為農(nóng)資市場的熱門產(chǎn)品，倍受廣大種植者的追捧。

生物刺激劑最早于1974年被西班牙格萊西姆礦業(yè)公司提出。1997年，弗吉尼亞理工學(xué)院和州立大學(xué)的Zhang和Schmidt重新定義生物刺激劑：能促進植物生長的微量材料。此后幾十年間，研究人員針對生物刺激劑開展深入研究，不斷拓展其深度及外沿，最終歐洲生物刺激劑工業(yè)協(xié)會（European Biostimulants Industry Council, EBIC）在2012年對植物生物刺激劑（Plant Biostimulants）做出明確定義：生物刺激劑包括物質(zhì)和/或微生物，當(dāng)應(yīng)用于植物或根際時，其功能是刺激自然過程以促進營養(yǎng)吸收、營養(yǎng)轉(zhuǎn)化效率、非生物耐受性和作物產(chǎn)量。

二、生物刺激素的管理辦法

生物刺激素作為一種不同于肥料于農(nóng)藥的增效劑，不同國家對其管制要求有很大不同，監(jiān)管過程也不盡相同。以海藻提取物為例，該產(chǎn)品在比利時是以植物生長調(diào)節(jié)劑進行管理，是根據(jù)歐盟農(nóng)藥管理法規(guī)對產(chǎn)品進行授權(quán)。在法國，海藻提取物是以肥料產(chǎn)品來管理。在其他成員國，比如荷蘭和西班牙，這類產(chǎn)品無需登記，只需要在上市前向主管當(dāng)局提交簡單的通知即可。

而在2019年，歐盟頒布了全球第一部將植物生物刺激劑單獨進行農(nóng)業(yè)投入品分類的法律（EU）2019/1009，首先將歐盟層面的肥料定義進行了擴展，主要體現(xiàn)在除了礦物肥，增加新的肥料產(chǎn)品類別，同時將植物生物刺激素納入了肥料的管轄范圍，列為第 6 類產(chǎn)品。同時，新法規(guī)還給出了生物刺激素的定義：″植物生物刺激素是不依賴于植物營養(yǎng)成分的產(chǎn)品，能夠刺激植物的自然進程，從而促進植物養(yǎng)分的吸收，改善植物或植物根際的營養(yǎng)利用效率，提高植物抗非生物脅迫的能力，改進作物品質(zhì)，促進土壤或根際的養(yǎng)分有效吸收等″。自2022年7月16日起，該法規(guī)進行全面實施，從此在歐洲植物生物刺激素成為一個獨立農(nóng)業(yè)投入類別納入肥料類型，而不在作為農(nóng)藥進行管理。

對于生物刺激素的管理，美國目前尚未出臺專門的法規(guī)，但美國環(huán)保署在2019年3月，發(fā)布了一份植物生長調(diào)節(jié)劑和生物刺激素的標(biāo)簽指南文件，在指南中，將一部分產(chǎn)品排除在植物生長調(diào)節(jié)劑的管轄范圍之外，主要有植物營養(yǎng)物質(zhì)（肥料產(chǎn)品）、植物接種菌、土壤改良劑和維生素-植物激素類產(chǎn)品，這些產(chǎn)品不需要取得農(nóng)藥登記。雖然這份指南草案并不是法規(guī)文件，沒有法律效力，但仍可預(yù)見未來生物刺激素在美國的管理趨勢及應(yīng)用價值。（陳曉嵐，涂霞藝. 生物刺激素在歐美的最新管理進展[J]. 世界農(nóng)藥, 2020, 2, 42(2): 29-32. ）

在中國，生物刺激素真正意義上的發(fā)展是從2010 年前后開始。這期間雖然有較多小微企業(yè)涉足生產(chǎn)銷售等工作，但由于相關(guān)科研進展緩慢，其作用機理及真正起作用的成分不明，政府無法給予明確的‘身份證’。因此產(chǎn)品登記及生產(chǎn)監(jiān)管等方面存在諸多問題，這類產(chǎn)品一直未得到市場客觀和全面的認識。

三、生物刺激素的分類

生物刺激素在國際上并沒有統(tǒng)一的分類標(biāo)準(zhǔn)，既可以是單一化合物，比如甜菜堿、磷酸鹽，也可以是成分復(fù)雜的混合物，例如海藻提取物、有益菌群等。不同學(xué)者研究總結(jié)，認為生物刺激素包括腐植酸黃腐酸、蛋白質(zhì)水解物和其他含氮化合物、海藻提取和活性成分、幾丁質(zhì)、殼聚糖及其衍生物、微生物菌劑、無機化合物、有益元素及植物提取物。

最近，有行業(yè)研發(fā)者發(fā)現(xiàn)，一家專注于生物技術(shù)研發(fā)的中國企業(yè)開發(fā)了一款植物源生物刺激素產(chǎn)品-SF花粉多糖，與市場上氨基酸、腐植酸等傳統(tǒng)生物刺激素相比，其來源天然、成分安全、活性高效的特點，據(jù)了解，花粉多糖已做了大量的基礎(chǔ)研究工作，例如明確了花粉多糖影響作物生長促進調(diào)控通路；花粉多糖不同分子量結(jié)構(gòu)鑒定等。同時，已經(jīng)將花粉多糖應(yīng)用在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，在增強作物抗逆性、促進作物根系生長、葉片光合效率以及減肥增效方面取得顯著成果。

四、認識花粉多糖

1、花粉多糖的來源

花粉作為植物的精子，其特點是脂肪含量低、蛋白質(zhì)含量高，并且花粉中有很多組成人體必須的脂肪、蛋白質(zhì)、各種微量元素和氨基酸等營養(yǎng)成分，因其具有大量的營養(yǎng)物質(zhì)，所以也被稱為天然植物的″完全營養(yǎng)品″之一，成為現(xiàn)下保健和醫(yī)藥行業(yè)的重點研究和開發(fā)的天然植物。

花粉多糖是成都新朝陽作物科學(xué)股份有限公司（以下簡稱″新朝陽″）經(jīng)綠色環(huán)保工藝萃取的植物源生物刺激劑，粗提物為淡棕色粉末，易溶于熱水，不溶于乙醇、丙酮等有機溶劑，其主要成分為多糖、寡糖、單糖等水溶性糖類物質(zhì)，除此之外還具有豐富的氨基酸、礦物質(zhì)、微量元素等。

2、花粉多糖的生產(chǎn)工藝

花粉多糖是以花粉為原料，分離得到水溶性花粉提取物。在提取過程中，引入了纖維素酶解破壁技術(shù)，并配合一定程度的機械攪拌，在較為溫和的條件下破除油菜花粉壁，能夠最大程度的釋放花粉中花粉多糖等有效成分，實現(xiàn)花粉資源的高效利用。

3、花粉多糖的機理驗證與結(jié)構(gòu)解析

生物刺激素應(yīng)用機理不明確是生物刺激素市場混亂效果參差不齊的主要原因之一。新朝陽以小麥和南瓜為研究對象，通過代謝組轉(zhuǎn)錄組聯(lián)動分析方法，研究花粉多糖調(diào)控的主要代謝通路，指出花粉多糖被植物吸收后通過調(diào)控類黃酮、谷胱甘肽和苯丙烷類物質(zhì)的相關(guān)基因表達，增強谷胱甘肽代謝以及促進類黃酮和苯丙烷生物合成來顯著促進作物根系的生長。此外，花粉多糖還向植物提供豐富的氨基酸、微量元素等多種營養(yǎng)成分，促進葉綠素合成，加強葉片光合作用。

同時，通過對花粉多糖粗提物進行大孔樹脂層析、丙烯葡聚糖凝膠層析，獲得四種多糖組分，其平均分子量分別為：24774.22 Da、10718.15 Da、66911.38 Da和10328.089 Da。再利用化學(xué)法、色譜-質(zhì)譜法、紅外光譜法分別對多糖組分進行結(jié)構(gòu)鑒定，明確了花粉多糖組分一級結(jié)構(gòu)。

新朝陽對花粉多糖應(yīng)用機理及結(jié)構(gòu)解析的探索，突破了現(xiàn)有生物刺激素機理不明確、原料不均一、成分不清晰的瓶頸。

五、花粉多糖的應(yīng)用

據(jù)了解，花粉多糖是目前市場上唯一的植物源生物刺激素，相比其他來源生物刺激素，安全性更高，工藝更環(huán)保，應(yīng)用功能更廣泛。

1、促進葉片生長

花粉多糖是植物來源的多糖類物質(zhì)，其受體蛋白可能參與植物的多種生理活動，調(diào)節(jié)植物生長和發(fā)育。

（1）將花粉多糖母料使用2ppm進行葉噴處理小白菜，可促進小白菜葉長葉寬及地上部鮮重增加11.18%、30.14%、16.81%。

（2）田間試驗中，將花粉多糖母料按照0.02 g/畝進行噴施處理，處理11天后，對萵筍株高、莖粗有明顯的促進作用，增長率為15.2%和5.7%；處理17天后，萵筍葉寬增加21.2%，理論增產(chǎn)6.2%。

2、增加作物抗逆性

植物在感知花粉多糖信號之后會引起細胞內(nèi)發(fā)生包括胞質(zhì)和胞核內(nèi)鈣離子流改變，細胞質(zhì)酸化，活性氧產(chǎn)生等細胞反應(yīng)。植物在脅迫條件下會迅速產(chǎn)生大量活性氧，通過調(diào)節(jié)基因表達和細胞代謝，使植物及時對脅迫做出反應(yīng)。

（1）采用花粉多糖母料噴施豌豆，處理2天后移入4℃培養(yǎng)箱，冷害脅迫3天后進行常溫緩苗，可以看出，花粉多糖處理能明顯降低豌豆冷害指數(shù)53.19%。

（2）測試了在低溫與高溫條件下，花粉多糖對大豆幼苗生長的影響。對比其他生物刺激素，花粉多糖在高低溫逆境條件下，可顯著促進大豆根長、莖粗及鮮重增加，其中高溫條件下大豆根長根重分別增加了20.45%、55.58%，顯著優(yōu)于其它生物刺激素效果。

3、種子處理

種子處理為當(dāng)今世界十分盛行的一種作物保護手段，在經(jīng)濟、健康、藥效等方面為種植者帶來了極大的利益，因此種子處理劑發(fā)展速度顯著增長。植物源生物刺激劑花粉多糖中的活性多糖及其他有效成分，具有增強發(fā)芽、促進幼苗生長的作用。

（1）針對玉米作物：在14℃~22℃培養(yǎng)條件下，對比其他種子處理劑，采用50g/100kg花粉多糖進行玉米拌種處理，試驗27天后發(fā)現(xiàn)，花粉多糖處理后玉米株高生長雖弱于其他種子處理劑，但莖粗、根鮮重、氣生根長出率及氣生根根長均顯著優(yōu)于，其中明顯看出其他種子處理劑處理后，玉米未生長出氣生根。說明花粉多糖拌種玉米，可明顯增加玉米氣生根生長，提升玉米后期抗倒伏能力。

（2）針對小麥作物：浸種處理后發(fā)現(xiàn)，試驗范圍內(nèi)的花粉多糖對小麥株高、根長、株重、根重均具有促進作用，其中在2 ppm處理下，相比陽性對照處理，花粉多糖處理后小麥株高、根長、株重及根重分別增長12%、24%、45%、43%。

4、用于營養(yǎng)產(chǎn)品開發(fā)應(yīng)用

花粉多糖復(fù)配葉面肥，在提高作物抗逆能力，促進作物養(yǎng)分吸收的同時，能緩解葉面肥肥效不足或灼傷葉片的問題。

（1）對比常規(guī)水溶肥與花粉多糖水溶肥，葉噴處理后，花粉多糖水溶肥能顯著促進番茄中可溶固形物累計，提高番茄品質(zhì)；提高小番茄果實產(chǎn)量，單果重增長率達到12.45%。

（2）在設(shè)施大棚中，采用花粉多糖制劑產(chǎn)品灌根大棚番茄，7.5kg/公頃可顯著提升番茄風(fēng)味，提高Vc含量20.3%，增加采摘率4.9%。

5、提高肥料效率應(yīng)用

（1）花粉多糖復(fù)配水溶肥提效增產(chǎn)。在水溶肥中添加5-10kg/t花粉多糖，可促進小白菜光合作用，顯著提高葉綠素含量10.97%，促進小白菜葉片生長，地上部生物量增加34.0%-41.78%；同時，水溶肥復(fù)配花粉多糖，能提高小白菜的營養(yǎng)品質(zhì)，促進葉片Vc含量及可溶性糖含量積累。

（2）根據(jù)復(fù)合肥施用量，設(shè)計減量復(fù)合肥20%，同時進行不同用量花粉多糖復(fù)配，即全量肥（60kg/畝）、減量肥（48kg/畝）、減量復(fù)配花粉多糖3、5、10kg/t。通過測試發(fā)現(xiàn)，相比全量復(fù)合肥處理，減量+花粉多糖10kg/t處理后，小白菜地上部分鮮重、根長、根重、冠幅、葉長、葉寬分別增加26.5%、42.2%、123.8%、7.7%、1.6%、9.3%，促進效果明顯。結(jié)合成本計算，減量后添加花粉多糖可達到降本增效的目的。

6、改善土壤生態(tài)環(huán)境

（1）將花粉多糖與板結(jié)土壤調(diào)理劑產(chǎn)品進行復(fù)配，在調(diào)節(jié)板結(jié)土壤團粒結(jié)構(gòu)，改善土壤微生物環(huán)境的同時，提高作物對環(huán)境的適應(yīng)能力，保證土壤-微生物-植物間的生態(tài)平衡。

（2）花粉多糖搭配土壤調(diào)理劑處理，可緩解新疆棉花地土壤鹽堿化程度，土壤總堿度降低15%；對棉花葉長葉寬、葉綠素均有顯著的提升，葉片SPAD值增加9.9%，同時增加棉花結(jié)鈴數(shù)10.5%，提高棉花產(chǎn)量。

六、行業(yè)展望

生物刺激素作為一種新型有機產(chǎn)物，對有機農(nóng)業(yè)和綠色農(nóng)業(yè)的發(fā)展有重要的應(yīng)用價值。目前全球生物刺激劑市場價值26.38億美元，預(yù)計到2026年將達到50.4億美元，2021-2026年復(fù)合年增長率為11.71%，遠超大部分農(nóng)業(yè)投入品，其中在亞太地區(qū)，中國、印度、澳大利亞等將成為主要增長區(qū)。

花粉多糖作為一種新型的植物源生物刺激素，其工藝綠色安全，環(huán)境友好，源自植物用于植物，具有活性高、安全性強、相容性好等優(yōu)勢，具有增強作物抗低溫、干旱和高溫，提高肥料利用率、提升產(chǎn)量和品質(zhì)等功能作用。對減少農(nóng)作物對化肥的過度依賴，改善農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境，和減輕全球極端天氣頻發(fā)對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響具有重大的價值和意義。