钛与植物生长

钛与植物生长

中国科学院研究员 万春侯

我国农业正处于结构调整的时期，从片面追求产量转向高产、优质、高效和保持生态平衡、可持续发展的目标。为达到这一目标，必须使用许多新的优良品种和新的耕作技术，不断提高农业生产的科技含量。在种植业实现这一目标的活动中，人们目前还不熟悉的农用钛制剂，就有许多可发挥作用之处。

自从1896年Wait 发现植物中含有钛元素以来，至今已100余年了。在20世纪的前70年间，许多科学家用多种钛化合物对植物进行处理，证明在一定的浓度下，对植物生长有良好的促进作用。匈牙利的Pais 及其同事在70年代，经过近10年的系统研究工作，用螯合钛在近30种植物上进行了广泛的试验，取得了良好的效果，终于首次使农用钛剂成为了商品。 从80年代后期开始，我国多家科研单位先后开展了农用钛剂的研究开发工作，并陆续推向了市场。从80年代后期到90年代中期，各开发单位在我国辽阔的土地上，通过小区试验、对比试验、示范和推广，在数千万亩土地，数十种作物上都取得了可喜的效果。就笔者看到的资料来说：蔬菜瓜果类平均增产在15~30%，投入产出比在1：20~60；经济作物平均增产在15~20%，投入产出比在1：15~30；粮食作物平均增产在1:10~20%，投入产出比在1:10~20。除了增产之外，使用钛剂还有一些对提高种植效益更为有利的作用，它们是：

1、农产品的质量获得提高。瓜果类作物在使用了钛剂后，果形、着色均有明显的改善，单果重增加，口感更好，营养成分如Vc 、水溶性糖和微量元素的含量明显提高。例如有报导：苹果在使用钛剂后全红果率增加百分之几十到一倍，含糖量增加15%左右，Vc 含量提高10%多；大枣的钙、镁含量提高8~9倍，钾、钠含量提高3~5倍；不少菜农反映他们种植的黄瓜、西红柿、菜椒、菜花、茄子、白菜、豆角等使用了钛剂后，果形、色泽、口感均有改善，很受顾客的青睐，容易销售，价格也可卖得高些。麦谷类粮食作物的蛋白质、氨基酸含量也有提高。例如有报导：小麦在使用了钛剂后蛋白质含量提高5%左右，氨基酸含量提高10%左右。

2、促进早熟。根据作物品种、施用钛剂的时期和剂量及地区不同，可提早成熟2~15天。在大棚中种西红柿可以不使用催红药物，如乙烯利。早上市就可卖到好价格，因此给农民带来的效益比单纯增产更高。

3、增强作物的抗逆性。由于使用了钛剂后，作物植株健壮，根深叶茂，光合作用加强，植株内养分积累增多，从而增强了植株的抗病能力。如小麦的白粉病、花生的叶斑病、水稻的稻瘟病、香蕉的矮缩病，茄科和十字花科作物的病毒病等多种作物的不同病害均有明显的

降低。钛剂还有一个特殊的功效，就是由于误用农药或由于风的吹散作用，发生了农药对植物的伤害时，如2、4-D 对葡萄、西红柿的伤害，矮壮素对棉花的伤害等，遇到这种情况如果能及时喷施钛剂，就可以消除或大大减轻药害，恢复植株的正常生长。施用钛剂后植物对高温、低温、干旱、高湿的低抗力均有明显的提高。

4、钛剂可以与酸性农药混合使用，这就节省了工时。尤其是农药，可杀虫或杀菌，但是对恢复植株的长势并不起作用，如与钛剂混合使用，就弥补了这一点的不足，因而在治病治虫的同时，又能使植株迅速恢复机能、健康旺盛地生长。

钛剂的这些效果，来源於钛在植物生长中的作用，下面我们就对此作一简单介绍。

一、提高光合作用

使用钛剂后，植物的叶面积增大，叶色深绿，这是为什么呢？

我们知道，植物干物质的90~95%是来自光合作用的产物，对果实和籽粒来说，功能叶片光合作用产物的积累和运输更是关键。因此，尽可能多地利用照射到地球表面的太阳能，以进行光合作用，是农业生产中的一个根本问题。

光合作用是由叶绿体内的光合色素（叶绿素a 和b 、类胡萝卜素）来完成的。只有约占总光合色素1/300的特殊叶绿素a （P680和P700），才能吸收光能并发生光化学反应，叫做反应中心色素。所有的叶绿素b 和类胡萝卜素及占叶绿素a 中绝大部分的普通叶绿素a ，只能吸收和传递光能，叫集光色素。集光色素吸收光能后经过一系列的传递，最终传给P680和P700，使它们放出电子，随后进行一系列的传递，最终把光能转化为生物化学能ATP （三磷酸腺苷），并形成NADPH （还原型辅酶Ⅱ），用于同化CO 2，形成光合产物。试验证明，使用钛剂处理种子或叶面喷洒后，叶片单位鲜重的总光合色素含量提高20%左右，所以叶色变深，这是钛提高光合作用的第一个效应。

试验还证明，使用了钛剂后，单位叶绿素对光能的吸收提高10%左右，这是它提高光合作用的第二个效应。叶片中的光合色素多了，单位光合色素吸收的光能又提高，自然吸收的光能就多了，但是如果植物在光合作用中的光能转化效率不高，吸收过量的光能极易造成激发能积累，引起光抑制和光氧化，导致光合膜和反应中心受到损害。

试验进一步证明，使用了钛剂可以提高叶绿素的光能转化效率及光合作用速率，增幅在10~20%。这就保证了所吸收的光能被迅速有效地利用，高效率地转化成生物化学能（ATP ），使激发能迅速地消耗，不致积累而对光合作用机构造成危害。同时由于能量充足有利于推动以光能为原动力的光合电子加速传递，形成更多的NADPH ，这是钛剂提高光合作用的第三个效应。

要高效地进行光合作用，还需要使进入P680和P700两个光系统的光量子处于平衡状态，

Mg 2+浓度的变化是调节达到这种平衡的机制之一。试验证明钛可以提高M +2的调节能力10~20%，这是使用钛剂提高光合作用的第四个效应。

试验还证明，钛还可以提高植物的类胡萝卜素含量10~20%。类胡萝卜素能淬灭不稳定的三线态叶绿素和具有强氧化作用，对光合膜有潜在破坏作用的单线态氧，从而保护受光激发的叶绿素免遭光氧化的破坏，使光合作用得以顺利进行。这就提高了植物对强光、高温和干旱等不利生态环境的抵抗力。试验也证明，钛能使植物在低温条件下保持较好的光合功能状态，提高对低温生态环境的抵抗能力。

通过以上所述，我们就了解到使用钛剂的确为农业生产的增产奠定了基础。

二、类激素效应和提高酶的活性

用适当浓度的钛剂处理种子（浸种或拌种），对种子的发芽、出苗及幼苗的生长均有良好的作用。如出苗快、出苗齐、及苗势壮。种子处理或苗期喷洒都会使植株根系发达，根长、根的干重和鲜重增加20~30%，根容积提高10%左右，豆科作物的根瘤数增加30~40%。西红柿、辣椒、茄子等如果移栽定植，当天喷洒钛剂或用钛剂沾根，可以大大缩短缓苗期。种子处理或叶面喷洒使用了钛剂，植物的叶面积系数可提高20~40%。

为什么钛剂会有这些效果呢？试验证明：钛有类似于生长素和细胞分裂素的效应，还能调动植株内自身生物合成的生长素向生长中心如根、嫩叶运输。这些地方正是较多需要生长素的地方，因此对植物生长的细胞伸长、分裂与分化、豆科作物根瘤的形成均有作用。对根芽、维管组织及胚状体的分化有诱导作用，活化细胞内的脱氧核糖核酸，使之解除抑制，而后进行基因表达，形成新的信使核糖核酸和蛋白酶，通过调节代谢而引起生长发育的改变。

种子萌发与胚生长是活跃的生命活动，此期间合成各种水解酶及形成新器官都需要很多能量，因此有机物的转化十分剧烈。种子内贮藏物质的大分子化合物分解为比较简单的，便于转运的化合物，如淀粉水解为单糖，蛋白质转化成氨基酸等。这些分解产物输送到幼胚处，一方面作为呼吸底物进一步分解，释放其中贮存的能量供应生活的需要，一方面作为建成新细胞的各种成份。有机物的分解是要在酶的参与下才能完成的。研究表明，使用钛剂后，发芽种子和幼苗中一些酶的活性得到提高。

激素效应对果实的长大也有作用，所以果树在花期喷洒钛剂，不仅能提高产量，而且提早结实和成熟。在坐果期和膨果期喷洒，除了可以促进果实长大增加干物质的积累外，还能延迟离层细胞进一步的成熟与衰退，减少因营养失调或其他原因而引起的果实不正常脱落。

由以上所述，所以使用钛剂后植株变得根深叶茂，叶色深绿就可以理解了。根是植物重要的营养器官，靠它从土壤中吸收水分和肥料。根系发达，必然会增加植物从土壤中吸收营养物质，对苹果、葡萄、西红柿及小麦等的分析结果表明，使用钛剂后叶片中的氮、磷、钾、

钙、硼、铜、铁、锰、锌等含量均有提高。试验研究还证明，使用钛剂后作物对氮的吸收率可以提高20%以上，利用率提高20~40%；对磷的吸收率提高20%左右，利用率提高20~40%；对钾的吸收率提高15%左右，利用率提高20~60%。而且试验还证明，施用了钛剂后，植株根系吸收的养分和叶片光合作用制造的养分，都能更有效地向果实或籽粒中集中，提高经济系数。所以使用钛剂后，稻麦类作物籽粒饱满、结实率提高，不育穗、小穗减少，三粒穗增加；玉米的空尖明显减小，双穗率增加；花生、大豆等空瘪荚大大减少；水果类果实的不正常脱落大大减少，单果重增加，着色、果形和口感得到改善。

试验还证明，钛还能促进植物中其他一些酶的活性提高，如过氧化氢酶、过氧化物酶等。酶是生化反应不可缺少的催化剂，酶的活性提高，就会使生化过程加快，促进植物的新陈代谢。过氧化物酶能促进植物根系发达及对水肥的吸收，这对高温干旱情况下维持植物体内水的平衡有利。

三、提高对氮素的吸收及利用

氮是生命的物质基础，是蛋白质、核酸和磷脂的组成成分，为各种细胞器及新细胞形成所必需。细胞内参与生物氧化和能量代谢的物质如ATP （三磷酸腺苷）、NAD （烟酰胺腺嘌呤二核苷酸）、NADP （烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸）、FAD （黄素腺嘌呤二核苷酸）等都是含氮物质。

植物能从土壤中吸收硝酸盐，但后者在植物体内不能直接被利用，必须先还原成氨，才能用于合成有机含氮化合物。硝酸盐的还原主要发生在根和叶中，整个过程必须由硝酸还原酶和亚硝酸还原酶催化完成。试验证明钛可以提高植物体内硝酸还原酶的活性50~150%。

植物氮素的来源，除了根系直接由土壤中吸收外，许多植物还能通过与固氮微生物共生利用空气中的游离态N 2。豆科植物与根瘤菌共生的固氮能力最强。除豆科植物外还发现300多种非豆科植物有结瘤固氮能力，其共生微生物根瘤中多为放线菌，少数为链霉菌或细菌，叶瘤中则大多是细菌。所有这些生物固氮本领都取决于体内的固氮酶。试验证明，钛能提高固氮酶的活性100~200%。

通过共生固氮作用产生的NH 3和通过硝酸盐还原产生的NH 4，在植物体内立即形成谷氨酸或谷氨酰，进一步通过生化过程形成甘氨酸、丙氨酸及天冬氨酸等，供形成肽及蛋白质使用。由于上述两种酶的活性提高，所以正如前面已提到的，使用钛剂后，植物对氮的利用率可提高20~40%。试验也证明植物细胞的核糖核酸含量提高10%左右，脱氧核糖核酸的含量提高15%左右。

硝酸还原酶能提高碳氨代谢，增强植物抗寒、抗病能力，所以大量的报导显示，使用钛剂后，植物的抗寒、抗病能力大大提高。

钛在地球上是一种大量存在的化学元素，在地壳中的含量约为0.6%。但土壤中的钛多以氧化物的形态存在，水的溶解度很低，可溶态钛的含量极低，我国土壤的平均值低于百万分之一。所以大量的试验结果表明，在我国钛剂的使用，基本上不受到地域的限制。

试验、示范和推广反馈回来的大量信息提示，使用钛剂后植物对许多病害如脐腐病、灰霉病、黑斑病、白斑病、软腐病、腐烂病、炭疽病、疮痂病、黑星病、锈果病、疫霜病等的抵抗能力都有很大的提高。但由于我国研究开发农用钛剂的高潮期在80年代后期到90年代初期，那时受到“以粮为纲”思想的约束，试验研究的主要注意力放在增产上，而对抗逆力的提高却甚少注意，所以很少看到深入系统的试验报告，因此留下了很大的进一步研究开发空间。针对我国目前农业发展的状况来说，这方面的效果是更为有利和更受农民欢迎的。希望在这方面有志趣和远见的农技工作者，能抓住机遇，投入工作，在不远的将来提出有说服力的试验报告，系统的试验数据，较完整、严格地阐明钛在这方面功效的机理，为农用钛剂的扩大使用提供强有力的推动力。