第三节 我国植物生长调节剂发展历程
中国学者在植物激素和植物生长调节剂研究方面开展了大量工作,为推动其在农业中的应用作出了重要贡献。下面介绍我国植物生长调节剂研究的发展经历。
一、跟踪应用阶段
20世纪初,当生长素被发现不久,我国就将生长素及其类似物应用于促进油桐的扦插生根、促进无籽果实形成、化学除草、防止洋葱和马铃薯等在贮藏期间发芽、防止番茄和苹果落花落果、防止大白菜贮藏脱帮等。但是对作物化学控制的应用研究进展则相对缓慢。当时仅限于跟踪国外研究的实验,基本未在生产中应用。
20世纪50年代末赤霉素传入我国,尤其在20世纪70年代初,我国出现了推广应用赤霉素(GA)的热潮,应用到大田作物,解决了水稻杂交育种中父母本花期不遇、包颈影响授粉和制种产量低等问题。但应用过程中过分夸大了植物生长调节剂的效果,忽略传统栽培技术,影响了植物生长调节剂应用技术的健康发展。
随着对赤霉素的深入研究,发现了一些新的植物生长抑制剂和延缓剂,开拓了植物生长调节剂应用范围。如中国科学院上海植物生理研究所开展了植物生长延缓剂矮壮素控制棉花徒长、减少蕾铃脱落和增产的试验;管康林等(1966)将矮壮素用于小麦防止倒伏,并在生产上得到一定面积的推广应用。但由于植物激素和植物生长调节剂作用的复杂性和生理生化手段的局限性,在这个阶段我国关于植物激素和生长调节剂的研究工作比较零散,多偏重于生理和应用方面。
二、开发推广阶段
20世纪70年代以后到90年代末,植物生长调节剂迅速推广到大田作物生产,并促进了大量植物种类的组织培养的研究,有效地解决了生产难题,显示出常规技术无法替代的作用,取得了巨大的经济效益和社会效益。
中国科学院上海植物生理研究所等单位研究乙烯利应用于水稻生育后期化学催熟、促进棉铃成熟的生理作用。北京农业大学(现中国农业大学)韩碧文等针对棉花晚熟问题,于1973年开始应用植物生长调节剂促进晚期棉铃早熟的研究,形成了棉花应用乙烯利催熟技术,1978年开始,在全国主要棉区示范推广,1979年和1982年分别获农牧业技术改进二等奖和全国农业科学技术推广奖,迄今每年应用面积为15万~20万公顷。该技术是大面积应用调节剂主动控制作物生长发育的成功范例,更是一次作物管理观念更新的尝试。
1980年北京农业大学用新方法合成了甲哌,并用于解决棉花徒长问题,增产增效改善品质的效果显著。20世纪90年代以来每年推广面积约占总植棉面积的80%以上,被列为中国棉花栽培领域三大技术变革之首。
江苏农药研究所等单位1984年成功研制多效唑,1985年中国农业科学院水稻所等组织了全国性的多效唑应用研究协作组,开始研究用多效唑控制连作晚稻秧苗徒长技术和机理,1993年应用面积达700多万公顷。多效唑可防止水稻倒伏并促使其增产;控制花生徒长等。多效唑的应用存在残留和残效问题,中国农业大学作物化控研究中心1991年开始研究的20%甲·多微乳剂(麦业丰)不但克服了多效唑应用的缺陷,而且定向控制植株基部节间伸长,而穗下节间保持适宜长度,株高不降低,抗逆防倒增产效果稳定,1999年累积推广面积达100万公顷;甲哌与烯效唑的复配制剂,全面替代多效唑成分,于2008年登记开发了20.8%甲·烯微乳剂(麦巨金),除了具有稳定的防倒增产效果外,也表现出更高的生理活性。
三十烷醇是1975年美国发现的C30长链脂肪醇,1978年厦门大学引进并开始在多种作物上进行实验,发现在水稻、玉米、大豆等作物上无稳定的增产效果,后发现三十烷醇(TRIA)的效果受其纯度、剂型、环境条件影响很大。福建农业科学院刘德胜等研制了三十烷醇乳粉新剂型,提高了应用效果,特别是成功地开拓了在海带、紫菜等海藻类上应用的新领域,取得了巨大的经济和社会效益,1994年获得农业部科技进步一等奖。
20世纪90年代厦门大学郭奇珍教授合成的具有自主知识产权的叔胺酯类促进型植物生长调节剂,其生理活性更高于国外报道的增产胺(DCPTA)。中国农业大学作物化控研究中心于1999年开始进行了胺鲜酯在玉米、棉花、大豆、花生等作物上的生理活性和作用机理研究,发现胺鲜酯在低浓度(1~40mg/L)下对多种植物具有调节和促进生长的作用。
在这个阶段,植物生长调节剂作用机理和化学控制基础研究方面也取得进展,如表芸薹素内酯对植物生长发育和代谢的作用及应用研究。中国科学院成都研究所获得脱落酸高产菌株并生产出诱抗素,促进了其抗性生理机制的研究。全国从事相关研究的机构和人员逐年增加,成立了“中国植物生长物质学会”(后改为“中国植物生理学会植物生长物质专业委员会”)、“中国农业技术推广协会作物化控专业委员会”和“中国农药发展与应用协会植物生长调节剂专业委员会”,多次举办全国性学术会议并进行交流,组织植物生长调节剂推广应用协作组。在化学工业出版社的支持下,中国植物生长物质学会组织专家编写并于2002年出版了《植物生长调节剂应用丛书》。
三、研究发展阶段
21世纪以来,由于作物生产条件改善、生产目标提高、品种更新和高新技术的引入,以及生产管理技术变革等因素对植物生长调节剂的研究与技术提出了新的要求,表现在对技术的环境和农产品安全性的要求提高、与其他技术的有机融合组装成集约化的技术体系、改善产品品质和增加植物抵御逆境灾害的能力成为研究的重要目标。使用人工合成的植物生长调节剂控制植物生长已经成为一种新的农业技术。
植物激素作用分子机理的研究已成为当前国际植物科学基础研究的重点,我国科学家在激素受体鉴定、激素代谢调控、信号转导以及激素调控株型发育等方面取得了具有重大国际影响的成果,同时又进一步促进了植物生长调节剂的深入研究和广泛应用,在我国农业生产中已显示出巨大的增产潜力和可观的经济效益,成为提高植物生产力和实现农业现代化的先进科技手段,是当今农业高产、高效、优质栽培模式研究的热点之一。作为一种新兴的生物技术,植物生长调节剂正朝着高效低毒、生物活性高、价廉、全方位应用方向发展。