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抗旱剂的研究进展

抗旱剂的研究进展

摘要干旱是长期困扰我国农业发展的重要因素之一，作物生产很大程度上依赖人类防旱抗旱手段的提高利用作物抗旱剂，抗旱剂能使作物缩小气孔开张度、抑制蒸腾、增加叶绿素含量、提高根系活力、减缓土壤水分消耗等功能和作用，从而增强了作物的抗旱能力。

通过化学调控的方法，调节和控制作物的生长发育和生理生化过程，增强作物在水分胁迫逆境下的适应能力，提高植株耐旱性，为作物抗旱增产开辟可新途径，具有广阔的应用前景。

近年来，一些作物抗旱剂应用在小麦、水稻、玉米、棉花等农作物上均取得了较好的抗旱增产效果。

根据相关文献资料，综述抗旱剂在提高农作物抗旱性上的生理基础与应用效果，并阐述了作物抗旱剂使用的前景展望。

关键词干旱抗旱剂作物抗旱性生理基础应用效果

ProgressinSstudiesonDrought-ResistanceChemicals

Abstract

Droughtisalong-termprobleminChina'sagriculturaldevelopment,oneoftheimportantfactors,cropproductionreliesheavilyonmeansofimprovinghumananddroughtdroughtdroughtagentuseofcrop,crops,drought-resistantagentscanreducethedegreeofstomatalopening,inhibitionoftranspiration,increasedchlorophyllcontentandincreaserootactivity,reducesoilmoistureconsumptionfunctionandrole,thusincreasingthedroughtresistanceofcrops.Bychemicalmethods,regulationandcontrolofcropgrowthandphysiologicalandbiochemicalprocesses,andenhancecropwaterstressresilienceunderstress,improveplantdroughttoleranceforcropyieldanddroughtcanopenupnewwaysandhasbroadapplicationprospects.Inrecentyears,somecropsdrought-resistantagentsusedinwheat,rice,corn,cottonandothercropsaredroughtachievedgoodyield.Accordingtorelevantliterature,reviewdrought-resistantagentstoimprovecropdroughtresistanceonthephysiologicalbasisandapplicationofresults,anddescribedtheuseofcropoutlookfordrought-resistantagents.

KeywordsDrought;Drought-ResistanceChemicals;Droughtresistance;Physiologicalelements;Effectsofapplication

近年，随着全球气候变暖，我国北方和南方出现大面积干旱，不少地区人畜饮水困难，由于干旱，大多数春播作物减产或秋播作物不能成熟，甚至造成严重减产或绝收[1]。

植物常遭受的有害的影响之一就是缺水,当植物的耗水大于吸水时就使组织内的水分亏缺,过度的水分亏缺的现象就成为干旱（drought）[2]。

作物抗旱性是指作物具有忍受干旱而受害最小，减产最少到的一种性质，是作物在干旱环境中生长、繁殖和生存以及干旱解除后迅速恢复正常代谢的能力，它既取决于作物本身抗旱机制的作用，又受不同干旱环境条件的制约[2]。

干旱条件下，当作物失水大于吸水时，细胞和组织紧胀度下降，作物正常生理功能受到干扰。

这种水分胁迫逆境对作物的影响非常广泛，既可以表现在生长发育各个阶段，又可表现在作物生长发育、蒸腾、光合、呼吸、物质合成与运输、酶的活力等具体的生理代谢过程中。

不同作物或者同一作物不同品种对水分胁迫的适应能力和方式不同[2,4]。

这些反应特性综合地反映了作物的抗旱性。

因此，作物的抗旱性是作物在水分胁迫条件下，体内细胞在结构、生理及生化等方面发生一系列适应性改变后，最终在植株形态和产量上的集中表现。

水分进入超过水分消耗，长时间水分过多，对作物会造成危害；进入水分等于水分消耗，这叫做不亏缺平衡，这种情形植物生长最好；水分进入少于水分消耗，由于水分亏缺，使植物细胞丧失膨压，组织也就失去了紧张状况，外表呈萎蔫状态，如果作物根部水分吸收的速度赶不上叶面蒸腾的速度，作物就会发生萎蔫[3]。

当土壤中没有可供植物吸收的水分时，农作物便发生永久萎蔫，植物不能进行正常的生理活动，永久萎蔫持续时间过久，植物就会死亡[2]。

作物对逆境的适应是受作物体内生理状况和遗传特性两种因素的制约，前者又与作物体内激素有着密切关系。

利用植物生长调节剂来增强作物对逆境的抵抗能力已经成为目前提高作物抗旱性的途径之一，抗旱剂的应用便是提高作物抗旱性和增加作物产量的一条有效[4]。

解决农作物遭受严重干旱问题迫在眉睫，所以抗旱剂在我国广大干旱地区得到了推广应用。

1.抗旱剂的作用和性质特点

抗旱剂是指施在土壤或作物上能减少蒸发或蒸腾或增强作物本身抗旱性的化学物质的总称[4]。

抗旱剂能使作物缩小的气孔开张度、抑制蒸腾作用、增加叶绿素含量、提高根系的活力、减缓土壤水分消耗等功能和作用，从而增强了作物的抗旱能力[5]。

抗旱剂一般是由超强吸水剂、氮磷钾、中、微量元素、杀菌剂、生根剂和添加剂等经电离辐射等高科技手段制成的[2]。

它的特点是吸水率高，保水性强，可反复吸水释水，吸收贮存水分形成土壤水库，供种子萌发和植物根系利用。

植物抗旱剂产品无毒无味，不污染环境，不板结土壤，吸水剂施入土壤时，因吸持和释放水分的胀缩性，可使周围土壤由紧实变为疏松。

因此，对植物具有较强的抗旱作用[4]。

实用的技术途径对农作物抗旱增产有着积极的意义。

近些年来的实验研究表明：

在农作物的生产上应用抗旱剂能够显著提高作物的抗旱性，使作物在干旱条件下能够保持正常的生长发育，提高农作物的产量。

2.几种常见抗旱剂及其相应的使用效果

植物抗旱剂具有保苗、壮苗、增根、抗旱、省种、旱熟、防病、增产等八大功效。

在国内各个省区，多个市县进行了大面积的的示范试验，各地试验表明，抗旱增产效果十分明显[6]。

利用生长调节剂调节和控制作物的生长发育与生理生化过程，增强作物在水分胁迫下的适应能力，提高植株耐旱性，从而获得较好的产量，是目前采用较为广泛和有效的抗旱增产途径[4]。

近年来生产上研究应用得比较多的主要有以下种类。

2.1旱地龙

旱地龙（FA）也称抗旱剂1号物质，可用于农作物拌种及林、果、花的苗木移栽蘸根或叶面喷洒，可抑制水分的蒸发损失，增强抗旱力。

FA抗旱剂为中国农科院气象所王一鸣教授等人在“八五”期间攻关成果。

目前在我国已形成一定的产业规模,市场上主要有抗旱剂一号（HCF—1）（河南）和FA旱地龙（FA—P）（新疆）两个产品[4,7]。

FA是针对干旱和干热风研制的新型制剂,以抗旱为目标,节水为内涵,增产为目的。

既可抗御土壤干旱,又可减轻干热风的危害；既可用于旱地抗旱,又可用于水地节水,具有很强的水分调控能力。

FA适应性广,可用于自治区的各类地区,如山区、丘陵、平川等。

适用于各种作物,如玉米、小麦、谷子、蔬菜等[7]。

可采用不同的施用方法,如拌种、浸种、灌穴、喷施等。

施用FA能做到有旱抗旱、无旱增产,所以在具体应用时应以防为主,防抗结合。

作物施用旱地龙后能显著的改善作物各生育阶段的生态,提高产量和品质,增强作物抗旱能力,减少作物耗水量,节约灌溉用水。

主要是因为化学抗旱剂——旱地龙的组成是天然低分子量的黄腐植酸、植物所需的多种营养元素、氨基

酸及生理活性强的多种生物活性基团[7,10]。

旱地龙的主要成分是低分子量的黄腐酸，它很容易被植物吸收,它能降低作物叶片气孔的开张度,从而减小了叶片的气孔导度,提高了叶水势,保持了植物体内的水分,减小了作物的部分无效蒸腾,减小了作物的耗水量,也就减少了作物从土壤中消耗的水分,提高了作物的抗旱能力；旱地龙的组成成份能促进作物各种酶的活性,使作物的根系发育,然后作物发达的根系就可以很好的吸收土壤深层的水分和更多的养分,与此同时就增强了作物的抗旱和抗倒伏能力，能提高作物体内的叶绿素含量,提高光合速率,增强光合作用,增加干物质的积累,从而提高作物的产量和品质[7]。

值得注意的是作物施用旱地龙,虽然减小了叶片气孔开张度,降低了蒸腾量,但由于旱地龙综合因素的相互影响,作物水分不亏缺,又提高了叶绿素的含量,故实际的光合强度不仅没有降低,反而有所提高[7,9]。

研究发现，使用旱地龙和保水剂的苗木栽后一个月的根量是对照组的2～5倍，根也比对照组长得多，保水剂和旱地龙的联合运用对促进苗木根系发育具有明显效果[8]。

有人在苹果、葡萄、柑桔、桃、桑树等植物上应用黄腐酸类物质表现出良好的抗旱效果。

目前FA被广泛应用于干旱区，尤其在植物对水分敏感期亦即所谓“水分临界期”使用有显著节水增产效果[8]。

2.2保水剂

保水剂又称土壤保墒剂、贮肥蓄药剂或微型水库，是一种独具三维网状结构的有机高分子聚合物。

其本质是水的载体，作用是为植物提供水分：

施入土壤后能将遇到的流动水迅速吸收并保住，变为固态水而不流动不蒸发不渗失，90%以上可供植物利用。

长久保持局部恒湿、天旱时缓慢释放供植物利用。

具有反复吸、放水可逆性，施一次2-5年有效。

它特有的吸水、贮水、保水性能，在改善生态环境、防风固沙工程中起到决定成败的作用。

因其良好的透气性、透水性、保温性，可有效改良土壤、提高种子发芽率、出苗率和苗木移栽成活率；它与农药、化肥拌和使用，可增强药效肥效。

广泛用于土地荒漠化治理、种植农林作物、园林绿化等领域。

是世界公认为抗旱保墒最有效的微水灌溉用品，可节省大量紧缺的水源和浇灌养护投入。

保水剂是一种含有植物生长素等的高分子吸水树脂，吸水能力达到了400-1200倍，能在种子周围形成一个含植物生长素的“小蓄水库”为种子发芽生长提供必要的水分和生长物质[4]。

土壤保水剂能改善土壤结构，调节土壤水、热、气状况和供水能力，提高土壤肥力和对天然降水的保蓄能力，增强根系吸收合成能力，维持作物正常生理代谢及光合生产能力，提高抗旱性，最终增加作物产量。

ASA是一种高效植物保水剂，即旱立停，是海南省海洋生物工程有限公司生产的细胞激活剂，是一种抗旱剂[9]。

可自动调节植物气孔启闭，抑制叶片水分蒸腾，使植物保持水分，促进根系发达，增强植物抗旱抗逆能力。

保水剂的主要功能:

1保水，保水剂不溶于水,但能吸收相当自身重量成百倍的水。

保水剂可有效抑制水分蒸发，土壤中渗入保水剂后,提高了土壤饱和含水量,降低了土壤的饱和导水率,从而减缓了土壤释放水的速度,减少了土壤水分的渗透和流失,达到保水的目的。

还可以刺激作物根系生长和发育，使根的长度增加、条数增多，在干旱条件下保持较好长势。

2保肥，因为保水剂具有吸收和保蓄水分的作用,因此可将溶于水中的化肥,农药等农作物生长所需要的营养物质固定其中,在一定程度上减少了可溶性养分的淋溶损失,达到了节水节肥,提高水肥利用率的效果。

3保温，保水剂具有良好的保温性能。

施用保水剂之后,可利用吸收的水分保持部分白天光照产生的热能调节夜间温度,使得土壤昼夜温差减小[4]。

在砂壤土中混有0.1%～0.2%的保水剂,对10厘米土层的温度监测表明,对土温升降有缓冲作用,使昼夜温差减少为11～13.5℃,而没有保水剂的土壤为11～19.5℃.4,改善土壤结构.保水剂施入土壤中,随着吸水膨胀和失水收缩的规律性变化,可使周围土壤由紧实变为疏松,孔隙增大,从而在一定程度上改善土壤的通透状况。

在玉米上喷施ASA高效植物保水剂（旱立停）能明显增强植株的抗旱性能，促使植株根系发达，促进植株生长，能不同程度的提高玉米产量[1]。

保水剂在干旱缺水时可缓慢地释放水分，供作物根系吸收利用，维持时间3个月以上，这种保水剂具有很高的反复吸水、释水保墒抗旱功能、多次施用，可保持5年有效，能广泛应用于园林绿化、花卉、果树及其他农作物的防旱。

可采取保水剂拌种、蘸根、沟施或穴施等方法，提高种子发芽出苗率与苗木移栽成活率[4]。

2.3ABT生根粉

是一种广谱、高效、无毒的复合型植物生长调节剂，又称生根促进剂，其作用机理主要是加快种子萌发，促进种子根的显著伸长和叶面积的迅速扩大，有利于形成强大的次生根系，增强植株保水力，提高作物抗旱性，达到抗旱节水增产的效果[4]。

ABT生根粉能通过强化、调控植物内源激素的含量和重要酶的活性，促进作物体内的生物大分子的合成，诱导作物的不定根或不定芽的形成，调节植物代谢的强度，达到提高育苗和造林成活率及作物产量、质量和抗性等目的。

ABT生根粉应用于扦插育苗时，可以促进生根，缩短生根的时间，提高生根率，使难生根的树种扦插繁殖成功，其功效优于吲哚丁酸和奈乙酸；ABT生根粉在造林时可提高出苗率、保存率，还增加生长量；并且通过浸种、喷洒种子或植株，处理块根或块茎等，使各种作物种子幼苗发生一系列生理变化，提高作物种子发芽势、发芽率，加快营养生长，根深叶茂，使作物个体发育健壮，群体结构改善或增加穗（株）粒或增加千粒重或增加根、茎、花、果实等的生长量，提高作物抗性，促使作物增产。

ABT生根粉是一种广谱、高效、复合型的植物生长调节剂，它是由中国林科院王涛院士研制成功的，目前已在全国各地广泛推广，应用植物达1133种。

在林木、果木、农作物、花卉、特种经济和药用植物中广泛应用，效果均好，在生产中产生了巨大的经济效益。

2.4MOC抗旱剂

MOC抗旱剂具有促根壮秆、抑制蒸腾、补充营养、调节植株内部某些生理生化过程，从而明显提高作物的耐旱性和产量，具备高效、无毒、低成本、易行及适用作物广等特点[4,18]。

开花期玉米植株经MOC抗旱剂叶面喷施处理后，在干旱条件下减缓了叶水势，叶片SOD活性的下降幅度及MDA和膜透性的增加幅度，在一定程度上阻止了干旱胁迫下活性氧对膜组分中不饱和脂肪酸，尤其是亚麻酸的氧化，从而保护了生物膜系统少受伤害，保证了玉米叶片光合作用的正常进行，增强了玉米的耐旱性[14,19]。

2.5MFB多功能抗旱剂

MFB多功能抗旱剂是以天然甜菜碱为主要成分并经科学组配不同植物营养元素研制而成的一种非毒性渗透调节抗旱剂，具有促根壮秆、抑制蒸腾、补充营养、调节植株内部某些生理生化过程，从而明显提高作物的耐旱性和产量，具备高效、无毒、低成本、易行及适用作物广等特点[4,22]。

其作用机理是能改善作物体内代谢，提高植株体的束缚水含量，维持较长的绿叶功能期，从而提高作物抗旱性,促进籽粒灌浆增加作物产量[4,15]。

在旱地小麦抽穗到扬花期喷施MFB多功能抗旱剂,可提高小麦的抗旱性,延长小麦旗叶的生活期1周左右,促进了小麦灌浆,小麦成熟正常,千粒重增加,有防止小麦后期病害等作用,小麦增产8.5%～49.1%,并在大面积表现了很好的效果[15]。

2.6其他抗旱剂

6-BA和外源脱落酸是通过调节作物的内源激素水平，阻止水分胁迫下作物的光合速率叶绿素含量和叶片水势的下降，提高RuBP羧化酶、超氧化物歧化酶和过氧化氢酶活性，降低气孔阻力和MDA含量,从而减轻水分胁迫下活性氧对细胞膜的伤害,增强作物抗旱性6-BA和外源脱落酸[4]。

ABA主要通过调节内源激素而影响作物抗旱性，是植株体内在逆境条件下产生的主要适应调节物质。

2，4-D、乙烯利（CEPA）、多效唑（CCC）、和三唑酮水分胁迫条件下2，4-D和CEPA施用改变了作物体内代谢水平,影响某些酶的活性，进而影响物质合成、积累及转运等一系列生理生化过程，最终反映在生长的生物物理参数变化上，影响作物的生长发育[4]。

三唑酮和植物生长延缓剂CCC能调节作物体的内源激素,抑制顶端生长优势和细胞伸长,促进根系大量生长,使植株抗旱性显著增强[17,20]。

森露固体水是通过高科技从动植物体中提取的3%高分子聚合物，将97%的水分子固化，在适宜的条件下，逐渐释放出水分，湿润土壤与根系。

在干旱环境下用于造林、栽果，能有效地提高种苗移栽成活率。

使用方法，在根系集中处埋入适量的森露固体水，可防旱抗旱[4]。

农林作物抗旱剂是一种多功能生物降解型天然高分子聚合物，以玉米淀粉为主要原料，采用高新技术研制而成，具有三维空间网状结构，既能吸水吸肥，又能保水保肥[8]。

作物抗旱剂种类很多，除上述外，还有茉莉酸甲酯、外源甜菜碱、外源活性氧清除剂、氯化钙和旱宝1号、植抗4号、NM-1号抗旱剂高吸水树脂等[4,13]。

3.抗旱机理

抗旱剂能使作物缩小气孔开张度、抑制蒸腾、增加叶绿素含量、提高根系活力、减缓土壤水分消耗等功能和作用，从而增强了作物的抗旱能力。

抗旱剂的抗旱机理主要表现在其生理作用的几个方面，其生理作用有以下几个方面：

一是促进作物根系的发育，增强根系的吸水和吸肥能力，特别是吸收土壤深层的水分和养分；二是减小作物叶片的气孔开张度，增加气孔阻力，抑制叶面蒸腾，从而减少叶层水分散失，保持植株体内水分；三是补充作物营养，从而增强植株的抗旱性；四是通过抑制或增强作物植株内部的某些生理生化过程，以增强作物的抗旱性。

所以，应用抗旱剂对提高作物抗旱性的生理基础可概括为：

能有效地提高出苗率，苗齐苗壮，明显促进幼苗和根系的生长发育，植株根冠比增大，吸水吸肥能力增强；脯氨酸（Pro）含量上升，脱落酸（ABA）大量积累，渗透调节能力显著增强，从而改善土壤水分状况和增强土壤保墒抗旱节水能力；叶片气孔开张度缩小，阻力增大，叶面蒸腾降低，减少水分消耗，提高作物相对含水量和叶片保水力；防止和减轻干旱对细胞膜系统的伤害，降低外渗电导值，质膜相对透性协调，保护酶系统中超氧化物歧化酶（SOD）过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）的活性上升，细胞外渗液电导率和膜脂过氧化产物丙二醛（MDA）含量下降，保持细胞正常功能，维持植株叶绿体和线粒体结构的稳定，叶绿素分解减慢，含量增加，延缓植株衰老，作物光合生产和物质积累能力增强；提高光合速率和降低呼吸消耗，使得光合作用在干旱条件下能较长时间维持正常，呼吸作用骤增延缓且程度减轻，从而使植株有机物质积累增加，有效地改善作物的产量构成因素和提高作物生产潜力，增加穗粒数和千粒重，提高作物产量，从而取得抗旱增产的效果[4,14]。

4.抗旱剂的发展前景

农业是人类生活的基础产业,水作为农业生产的必备资源,在农业方面的应用已显得尤其重要。

现在,我国实施农业生态环境建设,农业结构调整和中西部开发战略,农业上重点推广旱作节水技术,而抗旱保水技术是其重要组成内容。

抗旱剂,是国家旱作农业示范建设项目重点支持开发的新技术产品[15]。

对中国这样干旱缺水的发展中国家不可能全面地推广投资较大的水利工程、微喷灌等节水技术，而只能推广相对实用、有效的抗旱剂新技术产品，若在中国耕的干旱、半干旱地区推广应用抗旱剂，将对增强各种农林作物的抗逆性，减轻自然灾害影响，增加农产品产量，提高农业生产效益，增加农民收入都具有积极作用和现实意义。

抗旱剂是具有抗旱、抗逆、增产的化学调控药剂应用抗旱剂来抗御长年存在的旱灾为农业化学抗旱节水技术提供了一条崭新的途径。

目前，要系统和全面运用作物抗旱剂使之在农业生产中起到抗旱增产的目的尚有许多工作要做，首先，抗旱增产效益的发挥必须以作物品种及其它农艺措施为基础，品种是调控主体，土、肥、水等农艺措施是条件，应用抗旱剂必须与其密切配合，所以很有必要建立一套完整合理的农业抗旱节水技术体系。

其次，作物抗旱剂的基础研究方面应从生理、生化、物理化学、生物学和细胞学等水平来研究其作用机理和作用方式，探讨这些化学药剂影响作物生长发育的反应和随之产生的次生反应及对环境的效应，应当做到生物效应、生产效果、经济效益、社会效益和生态效益的统一，先考虑生物学效应，在此效应的基础上研究生产效果，即抗旱剂对作物抗旱增产的生物学基础、外界条件和农艺措施对技术效果的影响，这就要考虑抗旱药剂的实效性和可行性，以及考虑施用抗旱剂一旦失误所应进行的补救措施和抗旱剂本身的应用技术要点。

利用抗旱剂调控植株生长发育和生理生化过程，有效提高植株抗逆性，简易可行、效果显著、应变能力强开辟了作物抗旱增产的新途径具有广阔的应用前景[21]。

在干旱半干旱地区，对一些难以预期的或周期性的干旱可作为一种应急措施增强作物耐旱性，减少旱灾损失，从而产生较好的经济效益和社会效益。

目前，在中国除了土壤结构改良剂和水面抑制蒸发剂以外，保水剂、抗旱型种子复合包衣剂和黄腐酸抗旱剂的研制都已实现产业化、商品化，并形成了相当的生产规模，其中黄腐酸抗旱剂发展最为迅速[12,16]。

抗旱型种子复合包衣剂填补了种子包衣剂新剂型的空白，以黄腐酸生产应用为主要内容的抗旱剂研究是中国首创，属有旱抗旱保产。

无旱促进增产的理想药剂和居于国际领先水平的多功能抗旱药物，国家化工部、国家科委已将黄腐酸列为重点科研和应用推广项目。

有关专家称抗旱剂有可能成为继化肥、农药、地膜后最有希望被农民接受的又一个对农作物起重要作用的新型农用化学制品，市场开发和应用前景看好。

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