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表面活性素及其组合物在促进植物根系生长中的用途的制作方法

来源：花匠小妙招时间：2025-05-02 11:49

1.本发明属于生物刺激素技术领域，具体涉及表面活性素及其组合物在促进植物根系生长中的用途。

背景技术：

2.表面活性素(surfactin)是一类环脂肽型生物表面活性剂，具有良好的表/界面活性，是研究最多也是表面活性最强的生物表面活性剂之一。表面活性素最早在枯草芽孢杆菌培养液中发现，随后它在解淀粉芽孢杆菌、贝莱斯芽孢杆菌等多种芽孢菌发酵液中被鉴定出来。其结构为一个七肽通过内酯键与脂肪酸链碳原子的β-羟基相连。目前发现广泛存在于发酵液中的表面活性素大多为c
13
、c
14
、c
15
、c
16
四种不同长度脂肪链的脂肽混合物，肽环中的疏水性氨基酸残基一般位于2、3、4、6和7位，而谷氨酸和天冬氨酸残基分别位于1位和5位。此外，有学者发现表面活性素结构中的β-羟基脂肪酸的碳原子数也有12～17个的，同时c端的l-leu也可被l-ile、l-val所取代。研究发现表面活性素具有抗细菌、抗病毒、抗支原体以及防治同翅目或鞘翅目昆虫等生物活性。除此之外，表面活性素能够诱导植物产生免疫反应，提高葡萄对霜霉病的抵抗力。然而，截止目前，还没有研究评估根部施用高纯度表面活性素(95％以上)对作物根系生长和农产品产量的影响。
3.良好的根系是植物吸收营养、维持生长和保证农产品产量的基础。因此，寻找具有显著促生根能力的活性物质是重要的研发方向之一。吲哚丁酸、胺鲜酯、三十烷醇等植物生长调节剂(国内按照农药管理)具有一定的促生根作用，但是这些物质生理活性的发挥与其用量、使用时机和天气状况密切相关，使用不当往往造成明显的药害。腐植酸、海藻酸、鱼蛋白等生物刺激素具有一定的生根功能，但是它们通常包含几十种甚至上百种成分，产品的活性受原料和工艺影响较大。没有任何文献报道表面活性素在促进根系生长的用途。

技术实现要素：

4.针对现有技术存在的上述问题，本发明提供一种表面活性素及其组合物在促进植物根系生长中的用途，以解决上述问题。表面活性素家族脂肽结构明确、易生物降解，且能抑制部分根部病害的发生，适合开发为新型促生根、增产型生物刺激素。
5.本发明的技术方案如下：
6.一种表面活性素在促进植物根系生长中的用途，所述表面活性素包括脂酰基长度为c
12-c
16
的表面活性素。
7.所述表面活性素包括脂酰基长度为c
12-c
16
的表面活性素，分别将其命名为c
12-表面活性素、c
13-表面活性素、c
14-表面活性素、c
15-表面活性素、c
16-表面活性素。
8.作为一种具体实施方式，所述植物包括番茄、辣椒、黄瓜、甜瓜、小麦、水稻、玉米、苹果、香蕉、柑桔、桃、梨、葡萄。
9.作为一种具体实施方式，所述表面活性素的施用方法为将表面活性素配制成液体后处理土壤或植物体。
10.作为一种具体实施方式，所述液体中表面活性素的质量浓度为1.0～900mg/l。
11.一种含所述表面活性素的组合物在促进植物根系生长中的用途，所述组合物包括所述表面活性素和壳寡糖。
12.作为一种具体实施方式，所述壳寡糖为脱乙酰度75％-90％、聚合度为6-20的聚合物(纯度≥85％)，通过酶法或化学法或物理法降解壳聚糖获得。
13.作为一种具体实施方式，所述植物包括番茄、辣椒、黄瓜、甜瓜、小麦、水稻、玉米、苹果、香蕉、柑桔、桃、梨、葡萄。
14.作为一种具体实施方式，所述组合物的施用方法为将组合物配制成液体后处理土壤或植物体。
15.作为一种具体实施方式，所述液体中表面活性素的质量浓度为1.0～900mg/l。
16.作为一种具体实施方式，所述含表面活性素的组合物中，表面活性素与壳寡糖的质量比为3.5～25.0:1.0。
17.本发明的有益效果为：
18.本发明提供了一种表面活性素及其组合物在促进植物根系生长中的新用途。经过实验证明，表面活性素及其组合物对番茄、小麦、甜瓜等作物根系鲜重和产量具有显著的提升作用，可应用于农业生产中。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1是本发明实施例1制备的表面活性素与表面活性素标准品在uplc图谱中的对照图；其中上图为表面活性素标准品，下图为实施例1制备的表面活性素。
21.图2是本发明实施例1制备的c
12-表面活性素的ms图谱。
22.图3是本发明实施例1制备的c
13-表面活性素的ms图谱。
23.图4是本发明实施例1制备的c
14-表面活性素的ms图谱。
24.图5是本发明实施例1制备的c
15-表面活性素的ms图谱。
25.图6是本发明实施例1制备的c
16-表面活性素的ms图谱。
26.图7是本发明实施例2中番茄根系生长对比图。
27.图8是本发明实施例3中甜瓜幼苗生长对比图。
28.图9是本发明实施例4中小麦生长对比图。
具体实施方式
29.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
30.实施例1
31.表面活性素的制备
32.(1)将枯草芽孢杆菌b.subtilis atcc21332进行扩大培养，得到发酵液。
33.(2)取发酵液离心除去菌体，得到上清液。
34.(3)利用旋转蒸发仪将上清液浓缩3倍，用4mol/l硫酸调节料液ph值至6.5，然后向浓缩液中加入等体积95％(v/v)乙醇，振荡使料液充分混合，乙醇使得浓缩液中的蛋白质变性形成絮状物，离心去除絮状蛋白质，得到清液。
35.(4)清液经旋转蒸发仪脱除乙醇，然后用4mol/l硫酸调节料液ph值至2.0使表面活性素沉淀析出。离心后收集沉淀，由于此时产品中还残留部分发酵液中的杂质，采用ph为2的硫酸水溶液对沉淀进行2次酸洗，离心收集沉淀、冷冻干燥，获得表面活性素样品。
36.(5)表面活性素样品采用uplc-ms进行定性分析，同时使用外购表面活性素标准品(购自sigma)作为对照，对比结果如图1所示。图1中上图为表面活性素标准品，下图为实施例1制备的表面活性素。有对比可以看出，标准品中含有四个峰，分别为脂酰基长度为c
12
～c
15
的表面活性素。实施例1制备的表面活性素的出峰位置与标准品一致；rt＝12.6min处多出的峰为脂酰基长度为c
16
的表面活性素。通过全扫描模式，确定检测样品中含有的表面活性素及其同系物。
37.表面活性素样品ms图谱如图2～图6所示。
38.纯化样品的质谱检测结果如下表1：
39.表1-样品质谱检测结果
40.化合物序号m/z[m-h]-鉴定结果1992.6310c
12-表面活性素21006.6455c
13-表面活性素31020.6612c
14-表面活性素41034.6779c
15-表面活性素51052.6875c
16-表面活性素
[0041]
实施例2
[0042]
表面活性素在促进番茄根系生长和增产方面的用途
[0043]
试验于2020年在京博农化科技有限公司玻璃温室中进行，试验材料为樱桃番茄。将草炭土(花卉市场购买)与沙子按1：1混合均匀装至54cm
×
27cm
×
6cm育苗盘中，将种子均匀播撒至育苗盘内并覆盖约0.5cm厚的土层，从底部进行浇水，24～28℃阳光充裕条件下进行种子发芽育苗。待番茄植株长至6-8叶后挑选长势一致的幼苗移栽至花盆中(花盆直径30cm，高15cm，每盆装大田土9.0kg)，保持每盆苗生长条件一致，缓苗后施加底肥，底肥为复合肥(n-p2o
5-k2o＝15-15-15)，按用量500kg/hm2施用。
[0044]
实验设置3个处理，每个处理30株苗，10株苗为一组，共三个重复。(1)处理组a为空白对照，施用水溶肥。将20-20-20(n-p2o
5-k2o)水溶肥稀释300倍，每株番茄幼苗根部施用该水溶肥稀释液100ml。(2)处理组b施用矿源黄腐酸钾(市场购买，腐植酸含量50％)。向3000ml 20-20-20(n-p2o
5-k2o)水溶肥300倍稀释液中加入10g矿源黄腐酸钾，搅拌使其完全溶解，得到含腐植酸的水溶肥溶液，每株番茄幼苗根部施用该溶液100ml。(3)处理组c施用实施例1制备的表面活性素。向3000ml 20-20-20(n-p2o
5-k2o)水溶肥300倍稀释液中加入0.30g表面活性素，搅拌使其完全溶解，得到表面活性素含量100mg/l的水溶肥溶液，每株番
茄幼苗根部施用该溶液100ml。
[0045]
施用上述水溶肥后20天，每个处理组随机选取6株，小心洗去根部泥土，测定根鲜重和地上鲜重。每个处理另取3株，在冰水浴中洗净根系并取0.5g根尖鲜样，采用ttc染色法测定不同处理组的根系活力。根系生长对比如图7所示，具体结果如下表2：
[0046]
表2-检测结果
[0047]
处理组根鲜重(g)根系活力(mg
·
g-1
·
h-1
)地上鲜重(g)a128.67.3197.9b158.19.8237.4c240.712.5302.3
[0048]
由表2数据及图7可以看出，表面活性素能够强烈刺激番茄根系生长，根鲜重较对照组(处理a)和腐植酸处理组(处理b)分别提高87.2％、52.2％，并使根系保持较高的活力。良好的根系增强了植株对营养的吸收能力，进而促进地上生物量积累；表面活性素处理组地上鲜重较对照组和腐植酸处理组分别提高52.8％、27.3％。
[0049]
每个处理组余下的21株番茄继续生长，水、肥施用量、施用时间保持完全一致。处理组b、处理组c在幼果期分别施用一次含腐植酸、含表面活性素水溶肥(腐植酸、表面活性素用量同上)，处理组a仅施用等量水溶肥。并于结果期(产出前四批果)调查番茄产量和品质。结果如下表3：
[0050]
表3-不同处理组番茄产量和品质指标结果
[0051][0052]a固酸比越高，果实越甜。b维生素c含量越高，果实品质越好。
[0053]
表3数据说明，表面活性素处理组的番茄产量较处理组a、b分别提高22.9％、11.5％。表面活性素处理组番茄的品质较其他两组亦有明显提升，口感显著改善。番茄产量和品质数据与根系生长情况呈正相关，这与农业生产中长期观测到的一个事实高度吻合，即良好的根系是作物健康生长和高产的基础。
[0054]
实施例3
[0055]
表面活性素及其组合物在促进甜瓜生根上的用途
[0056]
试验于2021年在京博农化科技有限公司玻璃温室中进行，试验材料为甜瓜(博洋9号)。将草炭土与沙子按1∶1混合均匀装至54cm
×
27cm
×
6cm育苗盘中，将种子均匀播撒至育苗盘内并覆盖约0.5cm厚的土层，从底部进行浇水，24～28℃阳光充裕条件下进行种子发芽育苗。待甜瓜植株长至2-4叶后挑选长势一致的幼苗移栽至花盆中(花盆直径15cm，高11cm，每盆装大田土1.0kg)。土壤ph值为7.36，有机质、碱解氮、速效磷、速效钾含量分别为25.14g/kg、135.71mg/kg、32.25mg/kg、121.29mg/kg。
[0057]
试验共设置7个处理，每个处理30株苗，10株苗为一组，共三个重复。移栽后5天，根部施用京博“植倍健”水溶肥和不同的生物刺激素。其中，d为对照组，仅施用水溶肥稀释液，水溶肥稀释液成分为20-20-20(n-p2o
5-k2o)的水溶肥，主要成分为磷酸一铵、尿素和硫酸
钾。e-j为在水溶肥稀释液中分别加入不同的生物刺激素，实验设计具体见表4：
[0058]
表4-试验设计
[0059][0060]
按照表4的设计，施用上述水溶肥后15天，每个处理组随机选取6株，小心洗去根部泥土，测定根鲜重和地上鲜重。每个处理另取3株，在冰水浴中洗净根系并取0.5g根尖鲜样，采用ttc染色法测定不同处理组的根系活力。不同处理组甜瓜长势对比如图8所示，结果如下表5：
[0061]
表5-不同处理组甜瓜根系及生长指标对比
[0062]
处理组平均根鲜重(g)根系活力(mg
·
g-1
·
h-1
)地上鲜重(g)d2.855.735.67e3.767.526.61f4.659.328.62g3.948.117.51h5.4610.8711.82i3.476.335.72j3.756.966.38
[0063]
表5数据表明：(1)与对照组相比，表面活性素、壳寡糖、腐植酸均能够明显促进甜瓜幼苗根系、地上部分生长并增强根系活力，以表面活性素表现最佳。(2)表面活性素与壳寡糖组合比例在10:1时具有明显的协同增效作用；组合物中壳寡糖比例偏高时，两者出现了一定的拮抗效应。(3)表面活性素与腐植酸组合使用(50mg/l+1617mg/l)，出现了明显的拮抗效应。
[0064]
实施例4
[0065]
表面活性素在提高小麦产量上的用途
[0066]
试验于2020年在京博农化科技有限公司庞家实验基地进行，实验时间2020年10月-2021年6月。播种前的施肥、整地按照常规操作进行。土壤ph值为7.24，有机质、碱解氮、速效磷、速效钾含量分别为16.33g/kg、145.12mg/kg、37.67mg/kg、131.57mg/kg。小麦品种为济麦22，播种量10kg/亩，播种面积10亩。
[0067]
试验设置两个处理组(每个处理组5亩)：对照组(处理组k)常规管理；实验组(处理组l)在常规管理基础上分别在小麦主叶期、孕穗期喷施50mg/l表面活性素。跟踪测量小麦根鲜重(返青期)、分蘖数、第二节间长度，并按照db 32/t 2856-2015对两个处理组的小麦测产。不同处理组麦穗长势对比如图9所示，结果如下表6：
[0068]
表6-不同处理组小麦生长指标、产量对比
[0069][0070]
由图9及表6数据可以看出，喷施表面活性素能够促进小麦分蘖，缩短第二节间长度(有助于减少倒伏)。实验组小麦理论产量较对照组增加15.2％。
[0071]
尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求所述的保护范围为准。