农用聚天门冬氨酸同源多肽研究进展

热带作物学报２０１１，３２（１２）：２３８１—２３８４

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农用聚天门冬氨酸同源多肽研究进展

杜中军・，杨

浩１，王树昌”，徐

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王

炳ｓ，王康林３李松刚１，罗海燕１

１农业部热带作物种质资源利用重点开放实验室・裹里蕃冀雾嚣荔薯蓉冀曩籍篙量黧葬曩霎蠢霎海南儋州５７１７３７丹…””’

２中国热带农业科学院热带生物技术研究所，海南海口５７１１０１

３海南绿丰源科技有限公司．海南儋州

５７１７３７

摘要聚天门冬氨酸同源多肽是一种水溶性多肽，可生物降解，属于环境友好型代谢仿生型产品。本文综述

了农用聚天门冬氨酸同源多肽的开发历程、主要作用原理、农用产品开发、在农业上的应用效果、应用前景和发展建议．以期对农用聚天门冬氨酸同源多肽有全面的了解，推动农用聚天门冬氨酸同源多肽的开发应用。关键词

聚天门冬氨酸：同源多肽；进展

中图分类号０６４６

文献标识码

Ａ

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１０．３９６９０．ｉｓｓｎ．１０００—２５６１．２０１

１．１２．０３７

聚天门冬氨酸（ＰｏｌｙａｓｐａｒｔｉｃＡｃｉｄｓ（ＰＡＳＰ）同源因此对壳中有机质的研究是了解贝壳形成机理的多肽是一种水溶性多肽．可生物降解．属于环境友关键ｉｔ］。１９７２年ＣｒｅｎｓｈａＷ首次用温和的去钙化剂好型代谢仿生型产品。在农业上被广泛应用为植物ＥＤＴＡ去钙化后．使壳中有机质大分子部分或完整养分吸收促进剂．具有节肥和改善植物营养吸收的地保留下来．开创了贝壳有机质研究的新领域。根显著作用。本文综述了农用聚天门冬氨酸同源多肽据牡蛎壳有机基质的溶解性．分为可溶性有机基质的开发和应用．以期推动农用聚天门冬氨酸同源多和不溶性有机基质。聚天门冬氨酸属于牡蛎壳可溶肽的广泛应用。在农业生产中发挥更大的作用。性有机基质中的贝壳特异性蛋白．是一种极具研究价值的蛋白质．能激活磷酸二酯酶，也可充当钙调

１

开发历程

蛋白调节钙代谢．即基质可能间接影响细胞的功聚天门冬氨酸同源多肽最早发现于牡蛎中。牡

能，反过来又抑制钙化作用。最早人们作为抑制冷蛎壳被认为是通过生物矿化调节形成．即以少量有

却水、锅炉水及反渗透膜处理中的碳酸钙和磷酸钙机质大分子（蛋白质、糖蛋白或多糖）为模板进行

的成垢．可以代替已有的聚阴离子的化工合成产分子操作，高度有序地组合成无机材料的过程。

物．如聚丙烯酸等［２］．

收稿１３期：２０１１－１０—１５

修回１３期：２０１１－１１一１２

作者简介：杜中军（１９７１年一），男，副研究员。｝通讯作者：王树昌，Ｅ－ｍａｉｌ：ｗａｎｇｓｈｕｃｈａｎ９２００１＠１６３．ｃｏｍ。

万方数据

－２３８２－

热带作物学报第３２卷

２０世纪８０年代．Ｗｈｅｅｌｅｒ教授和Ｌａｒｒｙ等人开始着手聚天门冬氨酸同源多肽工业化生产技术。进入９０年代。相关研究和开发变得十分热门。美国Ｄｏｎｌａｒ公司于１９９６年发明了一种热聚合成天冬氨酸同源多肽的方法．并建成了年产１．８万ｔ的生产装置．实现了工业规模的生产．并在２０世纪９０年代初期进行了卓有成效的“替代聚丙烯酸的可降解性聚天门冬氨酸的生产和使用”的工作。因聚天门冬氨酸同源多肽具有良好的生物相容性、生物可降解性且无毒副作用．对环境无污染．获得了美国总统颁发的“总统绿色化学挑战计划奖”。有关聚天门冬氨酸同源多肽的研究也越来越受到重视。美国、德国和日本等发达国家对聚天门冬氨酸同源多肽的研究投入了相当的热情。美国Ｄｏｎｌａｒ公司、

Ｒｏｈｍ

ａｎｄ

Ｈａａｓ公司和德国的Ｂａｙｅｒ公司于９０年

代末分别建成小规模的工业装置ｐ卅。目前聚天门冬氨酸同源多肽材料合成工艺的开发研究及应用研究已成为世界各国共同感兴趣的课题．

在我国．聚天门冬氨酸同源多肽成为近年来化工行业的热点之一。闵恩泽等院士曾多次呼吁加强对聚天门冬氨酸同源多肽的开发研究嘲。自１９９６年开始，华东理工大学、北京化工大学、天津大学等多家科研单位陆续开展了实验室研究．开发出了聚天门冬氨酸同源多肽生产技术．制定了聚天门冬氨酸同源多肽的行业标准ＨＧ／ｒ３８２２—２００６圈。聚天门冬氨酸同源多肽的分子式为：Ｃ。Ｈ，ＮＯ，Ｍ（Ｃ，Ｈ４ＮＯ，Ｍ）ｍ（Ｃ４Ｈ４Ｎ０３Ｍ）ｎＣ４Ｈ４Ｎ０３Ｍ２，ｍ≥ｎ，Ｍ为Ｈ＋、Ｋ＋、ＮＨｆ等。

聚天门冬氨酸同源多肽用途广泛．初步研究表明．可用作阻垢剂、分散剂、缓蚀剂、螯合剂、保湿剂、无磷洗涤剂用助剂、农用化学品助剂、卫生用品、药物载体等，可用于许多重要领域。而聚天门冬氨酸同源多肽具有节肥和改善植物营养吸收的显著作用．在农业上被广泛用作植物养分吸收促进剂。人们开发了适合于农业应用的聚天门冬氨酸同源多肽．以及多肽尿素、多肽复合肥等系列产品，并在小麦、玉米、棉花、水稻、甘蔗、天然橡胶、蔬菜等多种作用上进行了应用试验．对作物产量提高和农产品品质改善效果显著．展现了广阔的农业应用前景。

２主要作用原理

在农业上．聚天门冬氨酸同源多肽被广泛应用为养分吸收促进剂．还可以作为杀虫剂增效剂使用用。

作为养分吸收促进剂的主要作用原理是．一是

万方数据

聚天门冬氨酸同源多肽分子的每一个氨基酸残基都有一个游离羧基阴离子（ＣＯＯ一）．对阳离子有较强的化学键结合作用：肽键上一ＮＨ一亚氨与阴离子通过氢键的缔合作用，可缔合Ｐ０２一、ＢＯ，，一等阴离子；以及络合基团的成环性对离子的环绕作用．这使其有着较强的阳离子和阴离子结合作用．形成了植物易吸收的形式．减少了养分流失．与肥料结合具有明显的缓释和增效作用．提高了养分利用效率。二是对土壤养分离子的交换吸附力是土壤吸附离子的大约１００倍．形成高浓度的离子扩散双层．对土壤养分离子有很强的解离作用．减少了土壤对养分离子的固定．并解离土壤养分供植物吸收利用。三是分子末端的氨基和羧酸官能团与金属离子配位结合．把金属离子包裹成“洞穴”状．促使金属离子在溶液中保持分散和稳定状态．与钙等中微量元素结合形成动植物易吸收的形式。四是分子中的肽链结构．能形成环状的多孔复杂高分子集团。对养分离子有极强的吸蓄功能．从而富集养分．减少养分流失挥发和被固定。

作为杀虫剂增效剂的主要作用原理被解释为聚天门冬氨酸同源多肽可促进昆虫外部细胞膜的渗透．从而增加昆虫对杀虫剂的吸收量阎。

３农用产品开发

聚天门冬氨酸同源多肽质均分子量范围很宽．即在３０００～１８０

０００之间，而质均分子量范

围在３

０００～５

０００之间的聚天门冬氨酸同源多肽在

农业上应用效果明显。聚天门冬氨酸同源多肽与肥料一起使用。效果显著。被开发的多肽尿素，被称为尿素第二代更新换代产品。随后．多肽过磷酸钙、多肽碳酸氢铵、多肽复合肥、多肽叶面肥、多肽生物肥等一系列多肽肥料也相继问世。其中．多肽尿素和多肽复合肥最受重视阻砌。

聚天门冬氨酸同源多肽与熔融的尿素发生缔合作用生成多肽尿素。聚天门冬氨酸同源多肽在土壤中能抑制尿素在土壤中的硝化与铵化作用．延缓了产生硝基氮和铵氮的时间．起到缓释作用．减少氮的损失．提高了氮的均衡利用率。

多肽尿素的制备不需要改变原尿素生产流程．只需在蒸发器前开口．将聚天门冬氨酸同源多肽肥料增效剂定量加入到熔融的尿素中．经造粒得到多肽尿素。每吨多肽尿素中含３０％聚天门冬氨酸同源多肽２ｋｇ或２０％聚天门冬氨酸同源多肽３

ｋｇ。

多肽尿素已在山东禹城中农润田化工有限公司、宁夏化肥厂等多家化肥生产企业实现了规模化生产。

第１２期

杜中军等：农用聚天门冬氨酸同源多肽研究进展

一２３８３一

多肽复合肥生产工艺是利用现有的团粒法生产化肥的设备和工艺．将聚天门冬氨酸同源多肽通过设置在造粒机前的计量装置计量后加入到造粒机中．经高塔造粒而成。按重量百分比计算．多肽的含量一般为０．０２％～１．６％．复合肥的含量一般为９８．４％～

９９．９８％。山东远东国际化工有限公司产业化示范

成功．年产多肽复合肥达到１０万ｔ。

４在农业上的应用效果

聚天门冬氨酸同源多肽作为肥料增效剂（植物养分吸收促进剂）和杀虫剂增效剂在农业上得到广泛的应用。

４．１具有显著的肥料增效作用

聚天门冬氨酸同源多肽与尿素、复合肥、其它肥料结合使用，具有等量增效、减量等产的显著效果，节约肥料可达２０％．说明多肽具有肥料增效作用明显。等量３５ｋｇ多肽尿素与普通尿素相比，玉米增产１１．８９％，玉米叶色浓绿，生长发育快，株高比对照高５～８ｃｍ：小麦长势粗壮、穗大、籽粒饱满。增产１９．５％：棉花增产１４，４％；减量２０％施用多肽尿素与普通尿素相比．玉米产量相当．增加了产出投入比．经济效益明显增加；棉花增产２．５３％【姗。

ＫｉｎｎｅｒｓｌｅｖＡＭＣＵ］和ＫｏｓＫａｎＬ

ｐ［１２１等人在研究中发

现．通过对植物根部、茎部或叶面施加含有聚天门冬氨酸同源多肽的肥料，可促进植物通过根、茎、叶更好地吸收和利用肥料中的氮、磷、钾养分。同时增强对微量元素Ｃａ、Ｍｇ、Ｓ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｂ等的摄取．从而可避免由于过量施肥或未充分利用肥料而导致的地下水富营养化、硝酸盐污染和磷酸盐污染。对白玉米的生长检测显示，在肥料中加入１０

ｍｇ／Ｌ

ＰＡＳＰ『重均分子量Ｗ（Ｍ）３０００～５０００１，

即使只施加平时用量的１，２。１／３的肥料养分，白玉米的生长情况也与施加１００％养分时相同。甚至不施加肥料（养分），而只施加１～１０

ｍｇ／Ｌ

ＰＡＳＰ．白

玉米也能有效地吸收并利用土壤中原有养分．植物中的Ｋ、Ｐ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｃａ、Ｃｕ等含量都有不同程度的提高。当施加１００～ｌ

０００ｍｇ／Ｌ

ＰＡＳＰ时，

植物中的Ｋ、Ｐ、ｚｎ含量最多可分别提高２３．１％、４６．７％和１７２％。对豆类植物的生长检测显示．只施加１／３养分．；＇ｌ，ＪＪｎ

ｌｍｇ／Ｌ

ＰＰＡ．植物产量能增加

８５％．甚至比加入１００％养分时还增加２５％．对油菜种子的生长检测显示只施加普通用量１１２的养分及２～２０

ｍｇ／Ｌ

ＰＡＳＰ．可使收成提高６３％．比施加

１００％养分时增加４０％。

万方数据

４．２对水稻增加分蘖和提高分蘖成穗率及作物长势具有明显的促进作用

可显著提高水稻有效穗．比对照增加１４．２％；提高甘蔗有效株数比对照分别增加３６．１０％和２３．０２％【１３】：在番木瓜继代培养中，能促进番木瓜增殖．具体表现为苗壮．增殖量大，愈伤化不明显．且能延长生长周期［１４１：聚天门冬氨酸同源多肽能使水稻植株生长势增强．叶片长势坚挺，无披叶

现象．叶片呈青绿色：对水稻秧苗干物质的形成有较大的促进作用。鲜重、干重比对照增加２８．３％、４６．２％：甘蔗应用聚天门冬氨酸同源多肽后，明显表现为叶色浓绿，叶片大而厚，生长势显著增强，甘蔗晚叶性好．利于甘蔗后期糖份积累；能促进花生株高、有效分枝和主茎叶片增加［１３】。

４．３促进农作物的生殖发育。缩短生长期，提前收获．延长衰老期

聚天门冬氨酸同源多肽使水稻从开始穗期到成熟期缩短３～４ｄ。西红柿初花日期提前７ｄ．提前

１０

ｄ上市。由于多肽能促进植株生长，对叶菜类提

前上市效果显著．小白菜生长２０ｄ上市。比普通蔬菜提前１０ｄ上市。早熟荔枝提早上市２。４ｄ㈣。４．４聚天门冬氨酸同源多肽能使作物产量明显增加

多肽尿素减量２０％。玉米、小麦、棉花产量不减反而略有增加。聚天门冬氨酸同源多肽使水稻有效穗、实粒数、千粒重、考种产量和实际产量分别比对照增加１４．２％、１３．４４％、２．４％、１６．８％、７．７４％【１叼。新台糖２０号和新台糖２６号甘蔗的蔗径单产比对照分别增加８．４４％和１１．１２％．蔗糖单产比对照分别增加１１．９８％和１５．１１％［１３１。能使天然橡胶树平均单株产量增加Ｏ．８０ｋｇ，增产达１３．５６％，并且增产趋势明显．增产效果持久ｍ】。

４．５聚天门冬氨酸同源多肽明显改善了农产品品质

多肽尿素能使小麦湿面筋增加到２４．９％．容重

７８０

ｇ／Ｌ．粗蛋白１３．８矧１ｑ。茄果类蔬菜果实表现为

单果重增加。商品价值提高［１司。叶菜表现为单株重量增加。叶色浓绿【蚓。能促进西红柿对养分的吸收，可使西红柿果实色泽明亮．提高商品率。可销售量增加３７．５２％．提高西红柿单果重．增产５．７％～８．５％㈣：酿酒葡萄赤霞珠果实糖含量提高

１１．４８

ｇ／Ｌｔｌ８】：施用多肽对于改善青花梨的果实品质

和贮藏特性有明显效果．表现为可溶性固形物含量提高１３．６％。１５．９％和可滴定酸含量下降８．７％。１７．４％，果实硬度分别增加了９．６％。１６．０％：贮藏至第９天．好果率分别提高了２７％～３０％【埘。对芒果和荔枝的应用研究表明．促进了芒果植株对矿质

一２３８４一

热带作物学报

第３２卷

养分的吸收．显著提高了芒果坐果率、产量和优质果率．提高了果实中糖酸比和维生素Ｃ含量闭。促进荔枝果实果皮着色，降低了裂果率．显著提高了产量、优质果率、果实糖酸比、维生素ｃ和水解氨基酸含量㈣．

４．６作为杀虫剂和添加剂

ＳａｎｄｅｌｓＪ

Ｌ［８】等人在实验中发现．将质均分子

量３

０００～４０

０００聚天门冬氨酸添加到杀虫剂（例如

类除虫菊衍生物、天然硼杀虫剂复合物、硫磷酸盐、氨基甲酸乙酯等）中．可增强杀虫剂的效果．并解释为由于ＰＡＳＰ可促进昆虫外部细胞膜的渗透，由此增加了昆虫对杀虫剂吸收量。这样可减少杀虫剂的用量．从而减少环境污染。用于试验的昆虫有蚂蚁、蜘蛛、跳蚤、苍蝇、蚊子、蟑螂等。

５在农业上的应用前景

我国化肥年用量４３００万ｔ以上（折纯氮磷钾）．利用聚天ｊ１冬氨酸同源多肽生产多肽尿素、多肽化肥等增效肥料．如果化肥利用率提高１０％．每年可节约化肥４３０万ｔ。相当于环境减少４３０万ｔ化肥污染的压力。另据测算，每生产１ｔ氮肥（折纯），耗能相当于燃煤２．７９ｔ，二氧化碳排放８．３７ｔ。因此，聚天门冬氨酸同源多肽的开发应用．对提高我国肥料利用率．改变我国农业高耗低效的生产方式有着重要的现实意义。

如果每ｈｍ２耕地使用７５ｇ聚天门冬氨酸同源多肽．节约化肥用量的１／３．可使植物养分平衡，产量增加、品质改善。按照每公顷耕地７５ｇ．我国耕地１．３３亿ｈｍ２．仅大田作物每年的需求量就达３万ｔ．因此聚天门冬氨酸同源多肽在化肥领域使用的潜在市场巨大。

另外．作为杀虫剂添加剂．对减少杀虫剂用量，减少环境污染，也有着广阔的应用前景。

６发展建议

有关聚天门冬氨酸同源多肽在农作物上的作用机理和应用效果研究．尽管取得了一定的进展．但仍然相对分散．尤其是关于作用机理的研究多是间接证据。因此．需要加强在农作物上作用机理和应用效果的研究．为聚天门冬氨酸同源多肽推广应用提供丰富的理论依据和指导。

几年来．聚天门冬氨酸同源多肽逐渐受到重视．但推广应用相对缓慢。主要是中小化肥企业开发生产，仅有少数大型化肥企业参与。因此，需要主管部门和行业协会组织．由大型化肥企业为生产主体．优

万方数据

化生产工艺，开发产品种类，形成工业规模生产。

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责任编辑：叶庆亮