一種富氫液態植物生長調節劑及其制備方法與應用的制作方法

專利名稱：一種富氫液態植物生長調節劑及其制備方法與應用的制作方法
技術領域：
本發明涉及植物生長調節物質的開發與利用領域，具體涉及ー種富氫液態植物生長調節劑及其制備方法與應用。
背景技術：
農作物生長過程中，經常會出現各種不利環境，如冷脅迫、干旱脅迫、重金屬脅迫、病害等，這些環境會嚴重影響農作物的生長狀態，如鮮重和干重的減少、葉綠素含量降低，導致作物產量和質量的下降。此外，上述的逆境因素還會導致植物體內產生過多的活性氧，進而造成氧化脅迫。活性氧造成嚴重的植物細胞損傷，包括膜脂和蛋白的氧化、RNA的降解、離子泄漏、DNA降解和細胞死亡。這些微觀的分子水平上的變化往往會對植物造成致命的損傷。在植物和動物體中，原生的和次生的氧化脅迫是導致疾病和加速機體衰老的重要因素之一。在對人的研究中的ー個重要的部分就是尋找更好的抗氧化劑以增強人抵抗疾病的能力。2007年，日本的ー個研究小組研究發現氫氣可以作為抗氧化物選擇性地清除小鼠細胞中的氧自由基。此后，進ー步的研究發現氫氣/富氫水具有抗炎、修復輻射損傷、緩解抗癌藥物的腎毒性以及黃疸病導致的肝損傷等。大量的動物實驗表明氫氣/富氫水對動物體具有明顯的調節生長和提高抗逆性等作用。在植物中，關于氫氣的研究往往集中于藻類產氫和產業應用方面，對于氫氣對植物生長和抗逆性調節作用一直未有涉及。但是，在上世紀60年代時，高等植物釋放氫氣的現象就已經被發現，氫氣釋放的現象貫穿植物生長發育的各個環境，而且氫氣的釋放并不依賴于植物的共生菌，這暗示了高等植物釋放氫氣是其自主的生理行為，并可能具有一定的生理功能。氫氣是目前已知的世界上最輕的氣體。在自然界中存在的同位素有1H(氕)、2H(氘，重氫)、3H(氚，超重氫)。它的密度非常小，只有空氣的1/14，即在標準大氣壓，0° C下，氫氣的密度為0.0899g/L，沸點為-252. 77° C，熔點為-259. 2° C，相對分子質量為
2.016，導熱系數為O. 1289w/(Hi-K)0常溫下，氫氣的性質很穩定，不容易與其它物質發生化學反應。但當條件改變時(如點燃、加熱、使用催化劑等)，氫氣的化學性質則非常活潑，常用作還原劑。制取氫氣的方法有很多，如電解水或食鹽水、金屬置換(鋅與稀硫酸或鋁與稀氫氧化鈉反應)、含氫化合物分解(NaBH4或KBH4與水反應)、藻類發酵等。但考慮到產物純度、經濟和實用等因素，在實驗室中研究人員常常采用電解水、NaBH4或KBH4分解或藻類發酵的方法制取氫氣，也可直接從廠家購買氣體鋼瓶。在氫氣的儲運方面，由于氫氣密度低、分子直徑小，極易擴散，甚至可以直接穿過橡膠和玻璃等材料的分子間隙逃逸；另一方面，由于氫氣無色、無嗅、無毒且易燃易爆，液態氫泄漏時還會造成凍傷和窒息等，因此氫氣在儲運過程一般選擇質地致密的密封鋁罐或合金鋼瓶，并在氫氣中加入適量こ硫醇，以便感官察覺。由于氫氣特殊的理化性質，目前實驗室檢測氫氣的方法還非常有限，氫氣一般米用氣相 色譜檢測，檢測器采用熱導檢測器。植物生長調節劑是具有植物激素活性的化學物質，能夠調節細胞的分裂和伸長、種子的休眠與萌發、植株的生長、發育、開花和結果，以及果實的成熟、著色與保鮮等農藝性狀。將植物生長調節劑作為一項常規措施引入日常農田管理，能夠明顯增強作物抗逆性、改善農產品品質以及提高產量等。由于植物生長調節劑具有用量少、成本低、見效快、收益高、節エ時等優點，它已經成為現代農業實現優質高產的有效措施之一。近年來，隨著廣大人民群眾對農產品需求日趨多元化，植物生長調節劑的需求量迅速增長。然而，目前市場上的植物生長調節劑大多是由多種元素配伍和(或)植物激素(或合成衍生物)按ー定比例配合制成。總的來說，其成分和作用機理比較復雜，固態的植物生長調節劑在儲運和配制方面也有一定要求，不易被普通農戶掌握，因此施用效果也不夠穩定；此外，過量使用人工合成的化學品的潛在危險性也不明確。因此，開發成分簡單綠色的植物生長調節劑是其進ー步發展的內在需求。在農業實踐中，人們已逐步掌握了改善作物生長狀況、優化農藝性狀、提高抗逆性和增加產量等方法，如選育良種、合理施肥、優化栽培和耕作方法等。盡管上述方法在理論上均得到了證實，但在實踐中投入成本較高，技術開發周期也較長。因此，研發和推廣使用高效的綠色植物生長調節劑既可以調節作物的生長情況、優化農藝性狀和提高抗逆性等， 同時也可以有效地彌補上述方法的不足。

發明內容
本發明的目的在于提供ー種富氫液態植物生長調節劑及其制備方法與應用，克服現有技術中使用多種元素以及植物激素或者生長調節物質存在的效果不穩定、具有副作用、價格昂貴等缺陷，通過溶液逐步釋放氫氣，從而提供ー種能促進植物生長發育和形態建成，增強各種代謝能力，增加產量和改善品質等各種農藝性狀，以及提高植物杭/耐逆能力。本發明的目的是通過下列技術方案實現的ー種富氫液態植物生長調節劑，溶劑中氫的飽和度為O. f 100%，所述溶劑為蒸餾水或25 100%強度的Hoagland營養液或木村B營養液或TAP營養液或MS營養液。所述溶劑中還添加有終濃度為(Γ1000 μ mo I/L的鈣鹽或水楊酸或水楊酸鹽或水楊酸衍生物或腐植酸或腐植酸鹽。所述富氫液態植物生長調節劑的制備方法，首先制備氫氣，然后將氫氣通入所述溶劑中30min以上，進ー步稀釋得到不同飽和度的富氫液態植物生長調節劑。所述氫氣采用電解水法或者化學法或者發酵法制備或者由氫氣鋼瓶釋放。所述的富氫液態植物生長調節劑的應用，將富氫液態植物生長調節劑對植物進行灌溉、噴灑(30-60升/畝)、浸泡或浸種處理。所述灌溉、噴灑處理時間為廣90天；所述浸泡或浸種處理時間為廣10天。所述植物包括單子葉植物、雙子葉植物或裸子植物的種子、植株、花序、果實或組織培養材料。所述電解水法為采用2 24V直流電壓電解蒸餾水，經水氣分離和干燥后得到干燥的純氫氣,其中被電解的蒸餾水中含30(Tl000ppm KOH或NaOH。所述化學法為采用NaBH4或KBH4在堿性水溶液中水解制備氫氣，其產氫反應溶液配比的質量分數為20% NaBH4或KBH4、10% NaOH和70% H2O,催化劑CoCl2的投放質量為NaBH4或KBH4使用量的1/50，經水氣分離和干燥后得到干燥的純氫氣。所述發酵法為將藻類在滅菌的天然海水或TAP培養液中密閉脫氧培養，隨時監測氫氣產生量，待氫氣分壓穩定在O. 4MPa以上；其中所述藻類為萊茵衣藻(Chlamydomonasreinhardtii亞ン已、型扁藻(Platymonas subcordiformis)、捕圓扁藻(Platymonaselliptica)、方]i,Arthrospira platensis(Scenedesmus obIiqnusノ、雪衣藻(Chlamydomonas nivalis)、 ノV 月衣藻(Chlamydomonas augustae)、小球藻(Chlorella Vrilgaris^iiliili^Zhi^^^Chlorella pyrenoidosaノ。本發明有益效果我們近幾年一直專注于氫氣對植物的作用的研究。研究結果表明，氫氣具有較強的抗氧化能力，增強植物對于各種不利因素的抵抗能力，這主要得益于氫氣增強了植物清除活性氧的能力，減少了活性氧對細胞造成的傷害。氫氣還能増加植物的、葉綠素的含量，增強植物的光合能力。微量的氫氣即能保護植物脫離不利因素的影響，使植物各項生理指標恢復到正常水平。我們的研究還發現氫氣不僅可以增強植物抵御不良環境的能力，它還可以顯著增加農作物的產量，促進農作物發育，例如促進主根伸長，誘導側根和不定根發生等。本發明所用的是能直接緩釋低濃度氫氣的富氫液態植物生長調節劑，常溫下，氫氣可以自然從液體中釋放到空氣中，從而在施用該植物生長調節劑的植物材料周圍形成氫氣氛圍，并被植株、植物組織和種子所直接吸收。在正常條件下，飽和富氫水大約含2. Oppm氫氣，該濃度遠低于氫氣爆炸極限，沒有爆燃的危險。此外，該濃度對人體也沒有窒息的危險，因此該植物生長調節劑可以有效的避免氫氣對人體的各種潛在危害；而氫氣進入植物材料體內后也可以進ー步誘導一氧化碳(CO)等氣體信號分子的釋放與擴散，從而協同改善植物材料的各種農藝性狀，提高各種代謝功能以及非生物/生物脅迫耐/抗性。本發明進一歩證實氫氣可以通過誘導血紅素加氧酶活性(催化產生CO)，進而提高植物的抗/耐逆性、改善農藝性狀、上調各種代謝功能。采用富氫液態植物生長調節劑來提高作物的抗/耐逆性、農藝性狀和代謝功能，與其它化學調控方法相比更具有優良的性價比和環保優勢。本發明不僅可以為作物發育生理和逆境生理研究提供實踐依據，而且也為植物化學調控與相關產品開發提供新的實踐思路。本發明所提供ー種富氫液態植物生長調節劑及其應用，還具有以下優點I)成本低本發明中的富氫液態植物生長調節劑來源廣泛，可以通過電解水獲得，也通過化學法獲得，據測算，Ikg KBH4至少可以制備I萬升飽和富氫水，價格便宜；2)穩定性高本發明中的富氫液態植物生長調節劑釋放的氫氣濃度在正常條件下化學性質穩定，擴散快，使用濃度非常低，沒有爆燃的危險；3)無污染、無殘留、環保由于氫氣在正常條件下化學性質穩定，不會與環境發生次生反應，無殘留，不會對人體或環境產生不良影響；4)應用范圍廣本方法專用于包括農用化學品開發、農田化學調控、種源農業的無公害生產、組培、果蔬貯藏以及切花保鮮等領域，其中氫氣被植物吸收后還可以產生CO等信號分子，或通過調節植物激素含量調控植物耐/抗逆性、改善各種農藝性狀以及上調各種代謝功能，因此與其它化學調節物質相比還具有多效性的特點。


圖I為富氫液態植物生長調節劑誘導油菜側根發生。圖2為富氫液態植物生長調節劑誘導青菜側根發生。圖3為富氫液態植物生長調節劑促進番茄主根伸長。圖4為富氫液態植物生長調節劑誘導黃瓜下胚軸不定根發生。圖5為富氫液態植物生長調節劑緩解氧化脅迫導致的紫花苜蓿主根生長抑制。圖6為富氫液態植物生長調節劑緩解赤霉素誘導的小麥糊粉層細胞凋亡。 圖7為富氫液態植物生長調節劑緩解干旱脅迫引起的紫花苜蓿葉片失水，并且誘導氣孔關閉。圖8為富氫液態植物生長調節劑緩解鹽脅迫導致的紫花苜蓿主根生長抑制。圖9為富氫液態植物生長調節劑緩解冷脅迫導致的紫花苜蓿主根生長抑制。圖10為富氫液態植物生長調節劑提高紫花苜蓿葉片的葉綠素含量。其中上述圖中的不同字母表示不同處理間的差異具有顯著性(P〈0. 05);標星號的表明該處理組與對照組在p〈0. 05水平上具有顯著差異。
具體實施例方式Hoagland 營養液參照文獻 Hoagland DR, Arnon DI. 1950. The water-culturemethod for growing plants without soil.Circular ^47. University of CaliforniaAgricultural Experimental Station, Berkeley (Hoagland DR，Arnon DI. 1950.無土水培法.通告347.加利福利亞大學農業試驗站，伯克利)配制；木村B 營養液參照 The International Rice Research Institute, 1980. Theinternational Rice Research Institute,btanaard Evaluation System for Rice.P.O.Box 933，Manila，Philippines，pp:36_37.(國際水稻研究所，1980.國際水稻研究所，水稻標準評估系統.郵政信箱933，馬尼拉，菲律賓，pp :36-37.)配制；MS 培養液參照文獻 Murashige Tj Skoog Fj 1962. A revised medium for rapidgrowth ana Dioassays with tobacco tissue cultures. Plant Physiol, 15:473-49/.(Murashige T，Skoog F，1962. —種改良的快速培養和鑒定的煙草組織培養基.植物生理學，15:473-497.)配制；TAP 培養液參照文獻 Andersen RA (ed.) (2005) :Algal culturingtechniques, pp:578, Elsevier Academic Press, London. (Andersen RA(ed.)(2005):藻的培養技術，PP:578，愛思唯爾出版社，倫敦)；Gorman DSj Levine RP (1965): Cytochrome f and piastocyanin:their sequencein the photosynthetic electron transport chain of Chlamydomonas reinhardn. ProcNatl Acad Sci USA 54:1665-1669. (Gorman DSj Levine RP(1965):細胞色素 f 和質體藍素它們在萊茵衣藻光合電子傳遞鏈中的順序.美國科學院院報54:1665-1669)；Harris EH(1989):The Chlamydomonas sourceoookia comprehensive guide tobiology and laboratory use. Academic Press,San Diego,780pp. (Harris EH(1989):萊茵衣藻手冊生物和實驗室使用指南.科學出版社，圣迭戈，780pp)；
SueoKa N(1960) :Mitotic replication of deoxyrioonucleic acid inChlamydomonas reinhardi. Proc Natl Acad Sci USA 46 (I):83-91. (Sueoka N(1960):萊茵衣藻有絲分裂中的DNA復制.美國科學院院報46(1) :83-91)配置。實施例I :增強水稻抵抗鹽脅迫的能力以水稻“武育粳3號”種子為材料,使用150mmol/L NaCl溶液對水稻種子進行鹽脅迫處理I天，并通過添加由鋼瓶釋放的氫氣通入蒸餾水中配置而成的不同飽和度的富氫液態植物生長調節劑，研究不同飽和度的富氫液態植物生長調節劑對鹽脅迫下水稻種子萌發的影響。富氫液態植物生長調節劑的氫氣飽和度分別為O. 1%、1. 0%、10. 0%，并以不含H2的溶液作對照試驗研究發現，不同飽和度的富氫液態植物生長調節劑對鹽脅迫下水稻種子萌發抑制均有緩解作用，如表I所示，其中I. 0%飽和度(釋放大約O. 02ppm氫氣)富氫液態植物生長調節劑的緩解效果最為明顯，顯示富氫液態植物生長調節劑對鹽脅迫下水稻種子的萌發抑制具有緩解作用。其中，溶液中氫氣含量測定方法如下
量取少于IOml (不多于頂空進樣瓶體積的一半,一般使用容量為20ml的頂空進樣瓶)的溶液加入頂空進樣瓶，向瓶中吹掃純氮氣30s后立即蓋緊瓶蓋，70° C下孵育2h后待測。使用氣密針吸取適量氣體，迅速將樣品注入氣相色譜儀進樣ロ后開始測定，載氣為氮氣，檢測器為熱導檢測器，下同。表I.富氫液態植物生長調節劑處理2天對鹽脅迫下水稻種子萌發的影響
權利要求
1.一種富氫液態植物生長調節劑，其特征在于溶劑中氫的飽和度為0. f 100%，所述溶劑為水或25 100%強度的Hoagland營養液或木村B營養液或TAP營養液或MS培養液。
2.根據權利要求I所述的一種富氫液態植物生長調節劑，其特征在于所述溶劑中還添加有終濃度為(TlOOO MmoI/L的鈣鹽或水楊酸或水楊酸鹽或水楊酸衍生物或腐植酸或腐植酸鹽。
3.根據權利要求I或2所述的富氫液態植物生長調節劑的制備方法，其特征在于首先制備氫氣，然后將氫氣通入所述溶劑中30 min以上，進一步稀釋得到飽和度為0. f 100%的富氫液態植物生長調節劑。
4.根據權利要求3所述的富氫液態植物生長調節劑的制備方法，其特征在于所述氫氣采用電解水法或者化學法或者發酵法制備或者由氫氣鋼瓶釋放。
5.權利要求I或2所述的富氫液態植物生長調節劑的應用，其特征在于將富氫液態植物生長調節劑對植物進行灌溉、噴灑、浸泡或浸種處理。
6.根據權利要求5所述的富氫液態植物生長調節劑的應用，其特征在于所述灌溉、噴灑處理時間為廣90天；所述浸泡或浸種處理時間為f 10天。
7.根據權利要求5所述的富氫液態植物生長調節劑的應用，其特征在于所述植物包括單子葉植物、雙子葉植物或裸子植物的種子、植株、花序、果實或組織培養材料。
全文摘要
本發明屬于植物生長調節物質開發與利用領域。該富氫液態植物生長調節劑，溶劑中氫的飽和度為0.1~100%，所述溶劑為水或25~100%強度的Hoagland營養液或木村B營養液或TAP營養液或MS培養液。所述溶劑中還添加有終濃度為0~1000μmol/L的鈣鹽或水楊酸或水楊酸鹽或水楊酸衍生物或腐植酸或腐植酸鹽。對植株、植物組織和種子進行灌溉、噴灑或浸泡等處理，可以有效促進植物生長和形態建成，加快種子萌發，降低重金屬積累，提高抗氧化能力以及改善抗/耐逆性。該法具有無污染、環保、低成本和應用范圍廣的特點，適用于農田化學調控、種源農業、環境與植物營養學、植物組織培養以及延長切花保鮮時間等領域。
文檔編號A01P21/00GK102657221SQ20121015400
公開日2012年9月12日 申請日期2012年5月17日 優先權日2012年5月17日
發明者崔為體, 曹澤彧, 林玉婷, 武明珠, 毛宇, 沈文飚, 王芳權, 謝彥杰, 金奇江, 陳萌, 韓斌, 黃麗琴 申請人:南京農業大學