专利名称：一种富氢液态植物生长调节剂及其制备方法与应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及植物生长调节物质的开发与利用领域，具体涉及ー种富氢液态植物生长调节剂及其制备方法与应用。
背景技术：
农作物生长过程中，经常会出现各种不利环境，如冷胁迫、干旱胁迫、重金属胁迫、病害等，这些环境会严重影响农作物的生长状态，如鲜重和干重的減少、叶绿素含量降低，导致作物产量和质量的下降。此外，上述的逆境因素还会导致植物体内产生过多的活性氧，进而造成氧化胁迫。活性氧造成严重的植物细胞损伤，包括膜脂和蛋白的氧化、RNA的降解、离子泄漏、DNA降解和细胞死亡。这些微观的分子水平上的变化往往会对植物造成致命的损伤。在植物和动物体中，原生的和次生的氧化胁迫是导致疾病和加速机体衰老的重要因素之一。在对人的研究中的ー个重要的部分就是寻找更好的抗氧化剂以增强人抵抗疾病的能力。2007年，日本的ー个研究小组研究发现氢气可以作为抗氧化物选择性地清除小鼠细胞中的氧自由基。此后，进ー步的研究发现氢气/富氢水具有抗炎、修复辐射损伤、缓解抗癌药物的肾毒性以及黄疸病导致的肝损伤等。大量的动物实验表明氢气/富氢水对动物体具有明显的调节生长和提高抗逆性等作用。在植物中，关于氢气的研究往往集中于藻类产氢和产业应用方面，对于氢气对植物生长和抗逆性调节作用一直未有涉及。但是，在上世纪60年代时，高等植物释放氢气的现象就已经被发现，氢气释放的现象贯穿植物生长发育的各个环境，而且氢气的释放并不依赖于植物的共生菌，这暗示了高等植物释放氢气是其自主的生理行为，并可能具有一定的生理功能。氢气是目前已知的世界上最轻的气体。在自然界中存在的同位素有1H(氕)、2H(氘，重氢)、3H(氚，超重氢)。它的密度非常小，只有空气的1/14，即在标准大气压，0° C下，氢气的密度为0.0899g/L，沸点为-252. 77° C，熔点为-259. 2° C，相对分子质量为
2.016，导热系数为O. 1289w/(Hi-K)0常温下，氢气的性质很稳定，不容易与其它物质发生化学反应。但当条件改变时(如点燃、加热、使用催化剂等)，氢气的化学性质则非常活泼，常用作还原剂。制取氢气的方法有很多，如电解水或食盐水、金属置換(锌与稀硫酸或铝与稀氢氧化钠反应)、含氢化合物分解(NaBH4或KBH4与水反应)、藻类发酵等。但考虑到产物纯度、经济和实用等因素，在实验室中研究人员常常采用电解水、NaBH4或KBH4分解或藻类发酵的方法制取氢气，也可直接从厂家购买气体钢瓶。在氢气的储运方面，由于氢气密度低、分子直径小，极易扩散，甚至可以直接穿过橡胶和玻璃等材料的分子间隙逃逸；另一方面，由于氢气无色、无嗅、无毒且易燃易爆，液态氢泄漏时还会造成冻伤和窒息等，因此氢气在储运过程一般选择质地致密的密封铝罐或合金钢瓶，并在氢气中加入适量こ硫醇，以便感官察觉。由于氢气特殊的理化性质，目前实验室检测氢气的方法还非常有限，氢气一般米用气相 色谱检测，检测器采用热导检测器。植物生长调节剂是具有植物激素活性的化学物质，能够调节细胞的分裂和伸长、种子的休眠与萌发、植株的生长、发育、开花和结果，以及果实的成熟、着色与保鲜等农艺性状。将植物生长调节剂作为一项常规措施引入日常农田管理，能够明显增强作物抗逆性、改善农产品品质以及提高产量等。由于植物生长调节剂具有用量少、成本低、见效快、收益高、节エ时等优点，它已经成为现代农业实现优质高产的有效措施之一。近年来，随着广大人民群众对农产品需求日趋多元化，植物生长调节剂的需求量迅速增长。然而，目前市场上的植物生长调节剂大多是由多种元素配伍和(或)植物激素(或合成衍生物)按ー定比例配合制成。总的来说，其成分和作用机理比较复杂，固态的植物生长调节剂在储运和配制方面也有一定要求，不易被普通农户掌握，因此施用效果也不够稳定；此外，过量使用人工合成的化学品的潜在危险性也不明确。因此，开发成分简单绿色的植物生长调节剂是其进ー步发展的内在需求。在农业实践中，人们已逐步掌握了改善作物生长状况、优化农艺性状、提高抗逆性和增加产量等方法，如选育良种、合理施肥、优化栽培和耕作方法等。尽管上述方法在理论上均得到了证实，但在实践中投入成本较高，技术开发周期也较长。因此，研发和推广使用高效的绿色植物生长调节剂既可以调节作物的生长情况、优化农艺性状和提高抗逆性等， 同时也可以有效地弥补上述方法的不足。
发明内容
本发明的目的在于提供ー种富氢液态植物生长调节剂及其制备方法与应用，克服现有技术中使用多种元素以及植物激素或者生长调节物质存在的效果不稳定、具有副作用、价格昂贵等缺陷，通过溶液逐步释放氢气，从而提供ー种能促进植物生长发育和形态建成，增强各种代谢能力，增加产量和改善品质等各种农艺性状，以及提高植物杭/耐逆能力。本发明的目的是通过下列技术方案实现的ー种富氢液态植物生长调节剂，溶剂中氢的饱和度为O. f 100%，所述溶剂为蒸馏水或25 100%強度的Hoagland营养液或木村B营养液或TAP营养液或MS营养液。所述溶剂中还添加有终浓度为(Γ1000 μ mo I/L的钙盐或水杨酸或水杨酸盐或水杨酸衍生物或腐植酸或腐植酸盐。所述富氢液态植物生长调节剂的制备方法，首先制备氢气，然后将氢气通入所述溶剂中30min以上，进ー步稀释得到不同饱和度的富氢液态植物生长调节剂。所述氢气采用电解水法或者化学法或者发酵法制备或者由氢气钢瓶释放。所述的富氢液态植物生长调节剂的应用，将富氢液态植物生长调节剂对植物进行灌溉、喷洒(30-60升/亩)、浸泡或浸种处理。所述灌溉、喷洒处理时间为广90天；所述浸泡或浸种处理时间为广10天。所述植物包括单子叶植物、双子叶植物或裸子植物的种子、植株、花序、果实或组织培养材料。所述电解水法为采用2 24V直流电压电解蒸馏水，经水气分离和干燥后得到干燥的纯氢气,其中被电解的蒸馏水中含30(Tl000ppm KOH或NaOH。所述化学法为采用NaBH4或KBH4在碱性水溶液中水解制备氢气，其产氢反应溶液配比的质量分数为20% NaBH4或KBH4、10% NaOH和70% H2O,催化剂CoCl2的投放质量为NaBH4或KBH4使用量的1/50，经水气分离和干燥后得到干燥的纯氢气。所述发酵法为将藻类在灭菌的天然海水或TAP培养液中密闭脱氧培养，随时监测氢气产生量，待氢气分压稳定在O. 4MPa以上；其中所述藻类为莱茵衣藻(Chlamydomonasreinhardtii亚ン已、型扁藻(Platymonas subcordiformis)、捕圆扁藻(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。本发明有益效果我们近几年一直专注于氢气对植物的作用的研究。研究结果表明，氢气具有较强的抗氧化能力，增强植物对于各种不利因素的抵抗能力，这主要得益于氢气增强了植物清除活性氧的能力，減少了活性氧对细胞造成的伤害。氢气还能増加植物的、叶绿素的含量，增强植物的光合能力。微量的氢气即能保护植物脱离不利因素的影响，使植物各项生理指标恢复到正常水平。我们的研究还发现氢气不仅可以增强植物抵御不良环境的能力，它还可以显著增加农作物的产量，促进农作物发育，例如促进主根伸长，诱导侧根和不定根发生等。本发明所用的是能直接缓释低浓度氢气的富氢液态植物生长调节剂，常温下，氢气可以自然从液体中释放到空气中，从而在施用该植物生长调节剂的植物材料周围形成氢气氛围，并被植株、植物组织和种子所直接吸收。在正常条件下，饱和富氢水大约含2. Oppm氢气，该浓度远低于氢气爆炸极限，没有爆燃的危险。此外，该浓度对人体也没有窒息的危险，因此该植物生长调节剂可以有效的避免氢气对人体的各种潜在危害；而氢气进入植物材料体内后也可以进ー步诱导一氧化碳(CO)等气体信号分子的释放与扩散，从而协同改善植物材料的各种农艺性状，提高各种代谢功能以及非生物/生物胁迫耐/抗性。本发明进一歩证实氢气可以通过诱导血红素加氧酶活性(催化产生CO)，进而提高植物的抗/耐逆性、改善农艺性状、上调各种代谢功能。采用富氢液态植物生长调节剂来提高作物的抗/耐逆性、农艺性状和代谢功能，与其它化学调控方法相比更具有优良的性价比和环保优势。本发明不仅可以为作物发育生理和逆境生理研究提供实践依据，而且也为植物化学调控与相关产品开发提供新的实践思路。本发明所提供ー种富氢液态植物生长调节剂及其应用，还具有以下优点I)成本低本发明中的富氢液态植物生长调节剂来源广泛，可以通过电解水获得，也通过化学法获得，据测算，Ikg KBH4至少可以制备I万升饱和富氢水，价格便宜；2)稳定性高本发明中的富氢液态植物生长调节剂释放的氢气浓度在正常条件下化学性质稳定，扩散快，使用浓度非常低，没有爆燃的危险；3)无污染、无残留、环保由于氢气在正常条件下化学性质稳定，不会与环境发生次生反应，无残留，不会对人体或环境产生不良影响；4)应用范围广本方法专用于包括农用化学品开发、农田化学调控、种源农业的无公害生产、组培、果蔬贮藏以及切花保鲜等领域，其中氢气被植物吸收后还可以产生CO等信号分子，或通过调节植物激素含量调控植物耐/抗逆性、改善各种农艺性状以及上调各种代谢功能，因此与其它化学调节物质相比还具有多效性的特点。
图I为富氢液态植物生长调节剂诱导油菜侧根发生。图2为富氢液态植物生长调节剂诱导青菜侧根发生。图3为富氢液态植物生长调节剂促进番茄主根伸长。图4为富氢液态植物生长调节剂诱导黄瓜下胚轴不定根发生。图5为富氢液态植物生长调节剂缓解氧化胁迫导致的紫花苜蓿主根生长抑制。图6为富氢液态植物生长调节剂缓解赤霉素诱导的小麦糊粉层细胞凋亡。 图7为富氢液态植物生长调节剂缓解干旱胁迫引起的紫花苜蓿叶片失水，并且诱导气孔关闭。图8为富氢液态植物生长调节剂缓解盐胁迫导致的紫花苜蓿主根生长抑制。图9为富氢液态植物生长调节剂缓解冷胁迫导致的紫花苜蓿主根生长抑制。图10为富氢液态植物生长调节剂提高紫花苜蓿叶片的叶绿素含量。其中上述图中的不同字母表示不同处理间的差异具有显著性(P〈0. 05);标星号的表明该处理组与对照组在p〈0. 05水平上具有显著差异。
具体实施例方式Hoagland 营养液參照文献 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.无土水培法.通告347.加利福利亚大学农业试验站，伯克利)配制；木村B 营养液参照 The International Rice Research Institute, 1980. Theinternational Rice Research Institute,btanaard Evaluation System for Rice.P.O.Box 933，Manila，Philippines，pp:36_37.(国际水稻研究所，1980.国际水稻研究所，水稻标准评估系统.邮政信箱933，马尼拉，菲律宾，pp :36-37.)配制；MS 培养液参照文献 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. —种改良的快速培养和鉴定的烟草组织培养基.植物生理学，15:473-497.)配制；TAP 培养液参照文献 Andersen RA (ed.) (2005) :Algal culturingtechniques, pp:578, Elsevier Academic Press, London. (Andersen RA(ed.)(2005):藻的培养技术，PP:578，爱思唯尔出版社，伦敦)；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):细胞色素 f 和质体蓝素它们在莱茵衣藻光合电子传递链中的顺序.美国科学院院报54:1665-1669)；Harris EH(1989):The Chlamydomonas sourceoookia comprehensive guide tobiology and laboratory use. Academic Press,San Diego,780pp. (Harris EH(1989):莱茵衣藻手册生物和实验室使用指南.科学出版社，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):莱茵衣藻有丝分裂中的DNA复制.美国科学院院报46(1) :83-91)配置。实施例I :增强水稻抵抗盐胁迫的能力以水稻“武育粳3号”种子为材料,使用150mmol/L NaCl溶液对水稻种子进行盐胁迫处理I天，并通过添加由钢瓶释放的氢气通入蒸馏水中配置而成的不同饱和度的富氢液态植物生长调节剂，研究不同饱和度的富氢液态植物生长调节剂对盐胁迫下水稻种子萌发的影响。富氢液态植物生长调节剂的氢气饱和度分别为O. 1%、1. 0%、10. 0%，并以不含H2的溶液作对照试验研究发现，不同饱和度的富氢液态植物生长调节剂对盐胁迫下水稻种子萌发抑制均有缓解作用，如表I所示，其中I. 0%饱和度(释放大约O. 02ppm氢气)富氢液态植物生长调节剂的缓解效果最为明显，显示富氢液态植物生长调节剂对盐胁迫下水稻种子的萌发抑制具有缓解作用。其中，溶液中氢气含量测定方法如下
量取少于IOml (不多于顶空进样瓶体积的一半,一般使用容量为20ml的顶空进样瓶)的溶液加入顶空进样瓶，向瓶中吹扫纯氮气30s后立即盖紧瓶盖，70° C下孵育2h后待測。使用气密针吸取适量气体，迅速将样品注入气相色谱仪进样ロ后开始測定，载气为氮气，检测器为热导检测器，下同。表I.富氢液态植物生长调节剂处理2天对盐胁迫下水稻种子萌发的影响
权利要求
1.一种富氢液态植物生长调节剂，其特征在于溶剂中氢的饱和度为0. f 100%，所述溶剂为水或25 100%强度的Hoagland营养液或木村B营养液或TAP营养液或MS培养液。
2.根据权利要求I所述的一种富氢液态植物生长调节剂，其特征在于所述溶剂中还添加有终浓度为(TlOOO MmoI/L的钙盐或水杨酸或水杨酸盐或水杨酸衍生物或腐植酸或腐植酸盐。
3.根据权利要求I或2所述的富氢液态植物生长调节剂的制备方法，其特征在于首先制备氢气，然后将氢气通入所述溶剂中30 min以上，进一步稀释得到饱和度为0. f 100%的富氢液态植物生长调节剂。
4.根据权利要求3所述的富氢液态植物生长调节剂的制备方法，其特征在于所述氢气采用电解水法或者化学法或者发酵法制备或者由氢气钢瓶释放。
5.权利要求I或2所述的富氢液态植物生长调节剂的应用，其特征在于将富氢液态植物生长调节剂对植物进行灌溉、喷洒、浸泡或浸种处理。
6.根据权利要求5所述的富氢液态植物生长调节剂的应用，其特征在于所述灌溉、喷洒处理时间为广90天；所述浸泡或浸种处理时间为f 10天。
7.根据权利要求5所述的富氢液态植物生长调节剂的应用，其特征在于所述植物包括单子叶植物、双子叶植物或裸子植物的种子、植株、花序、果实或组织培养材料。
全文摘要
本发明属于植物生长调节物质开发与利用领域。该富氢液态植物生长调节剂，溶剂中氢的饱和度为0.1~100%，所述溶剂为水或25~100%强度的Hoagland营养液或木村B营养液或TAP营养液或MS培养液。所述溶剂中还添加有终浓度为0~1000μmol/L的钙盐或水杨酸或水杨酸盐或水杨酸衍生物或腐植酸或腐植酸盐。对植株、植物组织和种子进行灌溉、喷洒或浸泡等处理，可以有效促进植物生长和形态建成，加快种子萌发，降低重金属积累，提高抗氧化能力以及改善抗/耐逆性。该法具有无污染、环保、低成本和应用范围广的特点，适用于农田化学调控、种源农业、环境与植物营养学、植物组织培养以及延长切花保鲜时间等领域。
文档编号A01P21/00GK102657221SQ20121015400
公开日2012年9月12日 申请日期2012年5月17日 优先权日2012年5月17日
发明者崔为体, 曹泽彧, 林玉婷, 武明珠, 毛宇, 沈文飚, 王芳权, 谢彦杰, 金奇江, 陈萌, 韩斌, 黄丽琴 申请人:南京农业大学