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聚天冬氨酸作为营养吸收促进剂在叶菜作物中的应用
技术领域
本发明涉及一种聚天冬氨酸(PASP)的用途，尤其涉及聚天冬氨酸作为营养吸收促进剂在叶菜作物中的应用。
背景技术
聚天冬氨酸(Polyaspartic acid，PASP)是一种通过仿生合成的高分子化合物，天然的存在于海洋软体动物的壳体中。由于它有着极其优异的生物降解性，对环境十分友好，所以得到了日益广泛的应用。
本发明所提及的聚天冬氨酸(PASP)，是安全、无毒无公害、可生物降解的高分子化合物。其制备方法为：在不加催化剂的情况下，由L-天冬氨酸无水热聚合生成聚琥珀酰亚胺(Polysuccinimide)，然后用碱溶液水解，便会得到α和β组分自由组合的聚天冬氨酸盐(polyaspartate)，这种聚合物是一种完全外消旋体(D/L＝1∶1的混合物)。反应表达式如下：

其中，分子量为：2000～6000。
本发明所提及的聚天冬氨酸(PASP)用途广泛。在工业水处理领域，用于锅炉水、冷却水、灌溉水、油田水等具有优异的缓蚀阻垢性能(Wood，Louis L.：Calton，Gary J.Mixtures of polyamino acids and citrate.[P]US：5,540,863，1996，4)；分子量为700～30,000的聚天冬氨酸可用作皮革鞣制剂；在化妆品领域，可用作洗发液的添加剂(Kim.Water soluble or water dispersible polyaspartic acidderivatives，their preparation and their use.[P]US：5,925,728，1999，7)；在农业上，已表明聚天冬氨酸对玉米、水稻等粮食作物的产量及生长速度具有促进的作用(Kinnersley，Alan M.：Koskan.Method for more efficient uptake of plant growthnutrients.[P]US：5,593,947，1997，4；冷一欣，韶辉等.肥料增效剂聚天冬氨酸的应用效果研究.[J]安徽农业科学，2002，30(3)：412-413)。
目前，随着经济的发展，农作物产量增加的同时，农业污染的形势也日益严峻，其中，化学肥料尤其是氮、磷肥施用过量和施用不当，造成农作物不能充分及有效地吸收施入土壤中的化学肥料。这些肥料日积月累地滞留在土壤中，对环境产生了负面的影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种聚天冬氨酸(PASP)的新用途，即作为营养吸收促进剂在叶菜作物中的应用。
本发明的所要解决的技术问题是采用一种安全、无毒、可生物降解的植物营养吸收促进剂，促进叶菜作物对土壤中原有的或施加的N、P等营养元素的吸收能力，从而提高叶菜类作物的生长速度和产量；同时解决上述现存的农业化肥污染问题，缓解农业环境所承受的压力，利用增强植物吸收根系周围N、P元素的能力来净化土壤环境及水环境。
为了达到以上目的，本发明提供了聚天冬氨酸的施加浓度、施加方式和方法：
(1)按每1g聚琥珀酰亚胺粉末以5mol/LNaOH4mL溶解，待溶液澄清透明后，即为聚天冬氨酸的钠盐溶液，将此溶液稀释至7.5g/L的浓度，保存在塑料瓶中，待用。此即为聚天冬氨酸碱金属盐母液。
(2)将母液稀释至25～150mg/L浓度的范围，浸种或采用叶面喷洒或浇根的方式对叶菜类作物施加聚天冬氨酸的稀溶液。
(3)每一万平方米叶菜的施用量为：稀释前聚琥珀酰亚胺粉末干重为2千克。
统计各种处理的产量状况，将经聚天冬氨酸溶液处理过的叶菜按各种处理方式分别取样进行N、P元素的分析，(N元素和P元素的分析方法分别采用标准的方法(鲍士旦主编.土壤农化分析.中国农业出版社.2000，12.P39-79)，即植物全氮分析法和植物全磷分析法。)
由于聚天冬氨酸是氨基酸的聚合物，具有一定的生物活性，一定分子量的聚天冬氨酸对作物细胞的生长具有促进的作用。并且由于聚天冬氨酸对金属离子有整合作用，一定分子量聚天冬氨酸可以富集N、P、K及微量元素供给植物，使植物更有效利用肥料，作为养分促进剂使作物节省肥料，增加产量，改善作物品质。
本发明具有以下优点：
1.本发明对已知化合物聚天冬氨酸发掘了作为营养吸收促进剂的新的用途，开拓了新的应用领域。
2.本发明所施用的聚天冬氨酸属于安全、无毒无公害、可生物降解的绿色高分子化合物，具有较高的环保效果。
3.本发明在实验室及大田试验均取得了显著效果，即使施用几十毫克每升的浓度即能使叶菜类作物增产增收达15％左右，具有一定的经济效益和社会效益。
4.本发明中，聚天冬氨酸本身不含有P元素，N元素含量极少，使用后，能使叶菜类蔬菜吸收N、P等营养元素的能力增强，具有节约肥料，减少农民投入，净化土壤环境的功效。
5.本发明的原料来源方便易得，施用量少，除叶菜外，预期在瓜果、花卉和粮油等农作物和经济作物上推广应用。
附图说明：
附图1是不同浓度的PASP对青菜的鲜重的影响图。从左到右依次为PASP溶液0mg/L处理、25mg/L处理、50mg/L处理、80mg/L处理。
附图2是PASP溶液浸种后对矮抗青后期生长产量的影响对照图。从左到右依次为PASP溶液0mg/L浸种处理，15mg/L浸种处理，30mg/L浸种处理，45mg/L浸种处理，60mg/L浸种处理，75mg/L浸种处理，90mg/L浸种处理。
附图3是叶面喷洒PASP溶液对真叶生长的影响状况曲线图。
附图4是大田青菜试验各处理的青菜单颗平均重量对照图。从左到右依次为清水浇灌处理，常规施肥；50mg/LPASP浇根处理，常规施肥；50mg/LPASP叶面喷洒，常规施肥；100mg/LPSAP叶面喷洒，常规施肥；50mg/LPASP浇根处理，减肥25％。
附图5是大田青菜试验各处理的N、P元素含量状况对照图。从左到右依次为清水浇灌处理，常规施肥；50mg/LPASP浇根处理，常规施肥；50mg/LPASP叶面喷洒，常规施肥；100mg/LPSAP叶面喷洒，常规施肥；50mg/LPASP浇根处理，减肥25％。
附图6大田花菜试验各处理的花菜单颗平均重量对照图。从左到右依次为清水浇灌处理，常规施肥；50mg/LPASP浇根处理，常规施肥；100mg/LPASP浇根处理，常规施肥；150mg/LPSAP浇根处理，常规施肥；50mg/LPASP浇根处理，减肥25％。
附图7是大田花菜试验各处理的N、P元素含量状况对照图。从左到右依次为清水浇灌处理，常规施肥；50mg/LPASP浇根处理，常规施肥；100mg/LPASP浇根处理，常规施肥；150mg/LPSAP浇根处理，常规施肥；50mg/LPASP浇根处理，减肥25％。
为了更好地理解本发明的实质，下面结合实验室小试和园艺场现场实验结果来说明聚天冬氨酸作为营养吸收促进剂在叶菜作物中的应用。
实施例1：PASP溶液浸种对青菜生长状况地影响
为了考察PASP溶液对植物出芽率的影响状况，本实验对青菜的种子采取了浸种的形式。实验分成两种处理，其中处理1#为始终用PASP溶液浸种至发芽，处理2#为用PASP溶液浸种至吸胀(约48小时)，然后再换成清水浸种。浸种对青菜出芽率和长子叶的影响情况见表1。
                              表1浸种对出芽和长子叶的影响情况

          PASP          (mg/l)  0    15    30    45  60    75    90 1#  3天  发芽率(％)  20    18    20    22    16    20    18  6天  长子叶率  (％)  40    28    26    40  42    34    34  11天  长子叶率  (％)  84    94    96    92  92    94    94 2#  3天  发芽率(％)  18    12    12    24  18    10    22  6天  长子叶率  (％)  42    36    42    44  42    40    38  11天  长子叶率  (％)  84    84    78    84  86    90    90
从表1中可以看出：3天后，对于青菜的出芽率，处理1#较处理2#的效果要好；对于青菜的子叶生长情况，处理1#的效果明显优于处理2#。由此可以认为，相对于用PASP溶液浸种至吸胀(约48小时)，始终用PASP溶液浸种至发芽对于青菜的出芽率和长子叶率具有较好的促进作用。
实施例2 PASP溶液水培对青菜生长状况的影响
为了考察不同浓度的PASP溶液与霍格兰营养液(上海市农业技术推广服务中心提供配方)复配后，对植物生长的影响状况，本实验以小青菜为培养对象，定期观察了小青菜的生长状况，具体包括茎高、真叶长(宽)，见表2，最终的鲜重见表3。
                       表2不同浓度的PASP对水培青菜的茎高、真叶长(宽)的影响一览表     培养液(霍格兰营养液+PASP)           PASP浓度(mg/L)  0  25    50  80  20天  茎高(cm)    平均  3.70  4.37    3.93  4.63  真叶长(宽)  (cm)    1#  0.9(0.3)  1.0(0.3)    1.2(0.2)  1.0(0.3)    2#  0.8(0.3)  0.9(0.2)    1.1(0.3)  0.9(0.2)  30天  茎高(cm)    平均  5.43  6.07    5.60  6.10  真叶长(宽)  (cm)    1#  1.4(0.8)  1.7(0.9)    1.8(0.8)  1.4(0.8)    2#  1.4(0.8)  1.5(0.9)    1.8(0.9)  1.3(0.9)
注：霍格兰营养液为标准的，各种处理浓度一致。
由表2的数据可以反映出，加了PASP溶液后培养出的青菜茎高、真叶的生长状况均优于空白对照。由此可得出，将PASP溶液与霍格兰营养液复配后水培青菜对小青菜的生长具有促进作用。
                表3不同浓度的PASP对青菜的鲜重的影响一览表
培养液(霍格兰营养液+PASP)
                                 0         25        50        80
PASP浓度(mg/L)
整株鲜重(g)        平均          1.9243    2.7441    3.4791    2.9576
70天               增长率(％)    -         42.6      80.8      53.7
注：霍格兰营养液为标准的，各处理浓度一致。
由表3反映的不同浓度的PASP对青菜的鲜重的影响数据所对应的比较见附图1。由表3的数据及图1可以看出，加了PASP溶液后培养出的青菜最终的鲜重均优于空白对照。而且，在PASP的投加量为25mg/l时，重量的增长率达到93.63％。由此可得出，通过考察不同浓度的PASP与霍格兰营养液复配，水培青菜对青菜生长状况的影响，可知PASP溶液对植物(青菜)的生长状况和产量，有明显的改善与提高。
实施例3 PASP溶液浸种对青菜后期生长的影响
为了考察用PASP溶液浸种后对青菜后期生长状况的影响，本实验选取了第实施例1中的处理1#做进一步的水培。此时水培的培养液均为一致的霍格兰营养液。该组处理对青菜生长状况的影响状况见表4。
           表4 PASP溶液浸种后对小青菜后期生长产量的影响一览表
PASP浸种
浓度         0        15       30       45       60       75       90
(mg/L)
平均鲜重     1.1985   1.6623   1.8215   2.0123   2.3207   2.2044   1.9823
(g)
增长率(％)   -        38.7     52.4     67.9     93.6     83.9     65.4
相应于表4，PASP溶液浸种后对青菜后期生长产量的影响如图4所示。
从表4中的数据及附图2可以明显的看出，将PASP溶液浸种对青菜的后期生长具有很好的促进作用，在这些浸种处理中，60mg/L浸种处理的产量增长率最突出，达93.6％。
实施例4盆栽土培试验中叶面喷洒PASP溶液对青菜生长状况的影响
为了跟实际的大田农作物培养相接近，本实验对青菜采取了盆栽土培试验，叶面喷洒PASP溶液的处理方式。在各处理中对青菜进行不同浓度的叶面喷洒。喷洒一段时间后，记录表观数据见表5。
                    表5叶面喷洒PAsP溶液对小青菜生长的影响状况一览表        PASP溶液(mg/L)  0          20         40         60          80  真  叶  的  长  (宽)  26  天  35  天  44  天平均值(cm)增长率(％)平均值(cm)增长率(％)平均值(cm)增长率(％)  1.43       1.50       1.50       1.53        1.73  (0.82)     (0.85)     (0.89)     (0.89)      (1.01)  -4.90      4.90       6.99       20.98  1.76       2.10       1.96       1.94        2.40  (1.12)     (1.35)     (1.18)     (1.22)      (1.42)  -          19.32      11.36      10.23       36.36  1.98       2.53       2.38       2.35        2.85  (1.22)     (1.52)     (1.29)     (1.50)      (1.59)  -          27.78      20.20      18.69       43.94
叶面喷洒PASP溶液后，青菜的生长状况随PASP溶液浓度变化情况如附图3所示。从附图3的曲线可以看出：第一次喷洒后5天即第26天时叶面喷洒20mg/l、40mg/l、60mg/l聚天冬氨酸钠盐溶液的与空白对照组相比还没有什么差别，但喷洒80mg/l的已经显示出一定的差别；第二次喷洒之后5天即第35天时，喷洒20mg/l、80mg/l的促进作用明显，40mg/l、60mg/l也显现一定效果；第三次喷洒之后5天即第44天，曲线随聚天冬氨酸钠盐浓度变化呈与35天时相似的波形，80mg/l的效果最好，其次在20mg/l处出现一极值次于80mg/l，40mg/l与60mg/l的效果相当。
叶面喷洒PASP溶液后，叶面积增大，叶子的颜色更加浓绿。
从表5中的数据及附图3的曲线可以明显的看出，盆栽土培时叶面喷洒PASP溶液对小青菜的生长也具有促进作用。
 实施例6园艺场大田小区试验PASP溶液对青菜产量的影响
本试验在实验室水培、盆栽土培试验小试的基础上，在松江九亭园艺场进行了大田小区青菜试验。该试验共分5个处理。其中，处理1为清水浇灌，常规施肥，即空白对照；处理2为50mg/lPASP浇根(2次)，常规施肥；处理3为50mg/lPASP叶面喷洒(2次)，常规施肥；处理4为100mg/lPASP叶面喷洒(2次)，常规施肥；处理5为50mg/lPASP浇根(2次)，减肥1/3。
2周后，对以上5个处理取样称重。各处理的平均重量情况见表7。
表7大田小区试验各处理的青菜单颗平均重量及产量增长率情况一览表
            处理        平均重量(g)     增长率(％)
            1           90.24           -
            2           103.60          14.80
            3           97.12           7.63
            4           97.66           8.27
            5           98.53           9.15
由表7反映的大田小区试验各处理的实验数据，所对比的情况见附图4。
从表7的数据及附图4的柱状图可以明显看出，在青菜的生长周期内用PASP溶液处理(根部浇灌或叶面喷洒)2次的株重明显优于空白对照。因此，通过青菜的大田小区试验结果可以的得出结论，用PASP溶液处理过2次以上的青菜，能使青菜的生长状况得到改善，从而达到提高青菜的产量的目的。从图中可以看出，从图中可以看出，100mg/LPASP叶面喷洒，常规施肥的效果最突出，50mg/LPASP浇根处理，常规施肥居第二。但是100mg/LPASP的用量是50mg/LPASP处理两倍。综合来看，50mg/LPASP浇根处理，常规施肥是优选。50mg/LPASP浇根处理，减肥25％的效果也很突出，可以节约肥料。
 实施例7 PASP溶液处理后对青菜N、P含量的影响
为了考察用PASP的Na盐溶液处理过的青菜，其主要元素即N、P含量有无显著性的改善，该试验分别分析了各处理的N、P的干重百分含量。
将各处理杀青、灰化处理。其中，对于N元素的分析，采用先经定氮蒸馏法蒸氮后，再用标准盐酸溶液滴定的化学法；对于P元素的分析，采用分光光度法。
各处理中N、P三种元素的含量如表8所示。
                  表8大田小区试验各处理N、P元素的含量状况
       处理          1          2         3        4        5
       干重含量
N      (g/g干重)     3.77       4.68      4.41     5.06     4.47
       (×100)
       增长率(％)     -         24.14     16.98    34.22    18.57
       干重含量
P      (g/g干重)      1.99      2.36      2.30     2.46     2.24
       (×1000)
       增长率(％)     -         18.82     15.47    23.79    12.42
由表8所示的N、P含量的数据，所对比的情况见附图5。
由表8所示的N、P含量的数据，及附图5所示的各处理的N、P含量的对照图，从图中可以看出，100mg/LPASP叶面喷洒，常规施肥的效果最突出，50mg/LPASP浇根处理，常规施肥居第二。但是100mg/LPASP的用量是50mg/LPASP处理两倍。综合来看，50mg/LPASP浇根处理，常规施肥是优选。50mg/LPASP浇根处理，减肥25％的效果也很突出。由此看出，用PASP溶液处理过的青菜，N、P元素的含量呈现增长的趋势，即用PASP溶液处理能改善N、P元素的含量。由此可以得出结论，在青菜的生长期内，经PASP溶液处理过的青菜，对土壤中的N、P的吸收效率可以提高，从而达到改善作物的养分、节约肥料、净化土壤的目的。
实施例8 PASP溶液对花菜产量的影响
试验地点仍为松江九亭园艺场，该试验共分5个处理。其中，处理1为清水浇灌，常规施肥，即空白对照；处理2为50mg/lPASP浇根(2次)，常规施肥；处理3为100mg/lPASP浇根(2次)，常规施肥；处理4为150mg/lPASP浇根(2次)，常规施肥；处理5为50mg/lPASP浇根(2次)，减肥25％。
3周后，对以上5个处理取样称重。各处理的平均重量情况见表9。
      表9小区试验各处理的花菜单株平均重量及产量增长率情况一览表
             处理       平均重量(g)      增长率(％)
             1          455.3            -
             2          513.6            12.81
             3          485.1            6.55
             4          476.5            4.65
             5          517.9            13.74
由表9反映的各处理的实验数据，所对应的柱状图见附图6。从表9的数据及附图6的柱状图可以明显看出，在花菜的生长周期内用PASP溶液浇根处理过的花菜的株重明显优于空白对照，经PASP处理过的花菜，增产4.7％～13.8％，其中，尤以50mg/LPASP浇根处理的增产效果最明显，达13.8％；因此，通过花菜的大田小区试验结果可以的得出结论，用PASP溶液处理过2次以上的花菜，能使花菜的生长状况得到改善，从而达到提高花菜的产量的目的。
实施例9 PASP溶液处理后对花菜N、P含量的影响
为了考察用PASP的Na盐溶液处理过的花菜，其主要元素即N、P含量有无显著性的改善，该试验分别分析了各处理的N、P的干重百分含量。
将各处理杀青、灰化处理。其中，对于N元素的分析，采用先经定氮蒸馏法蒸氮后，再用标准盐酸溶液滴定的化学法；对于P元素的分析，采用分光光度法。
各处理中N、P两种元素的含量如表10所示。
           表10大田小区试验各处理N、P元素的含量状况
       处理          1        2        3       4         5
       干重含量
N      (g/g干重)     3.26     4.36     4.48    4.69      4.24
       (×100)
       增长率(％)    -        33.4     37.1    43.5      29.6
       干重含量
P      (g/g干重)     1.57     1.59     2.05    2.06      1.63
       (×1000)
       增长率(％)    -        1.3      30.3    31.4      4.1
由表10所示的N、P含量的数据，所对比的情况见附图7。由表10所示的N、P含量的数据，及附图7所示的各处理的N、P含量的对照图，可以看出，用PASP溶液浇根处理过的花菜，N、P元素的含量均呈现增长的趋势，其中，150mg/LPASP浇根处理，常规施肥的效果最突出，而50mg/LPASP浇根处理(包括减肥25％)的产量与前者接近。从节约肥料，降低农业投入的角度来看，优选的是50mg/LPASP浇根处理。
由此可以得出结论，在花菜的生长期内，经PASP溶液浇跟处理过的花菜，对土壤中的N、P的吸收效率可以提高，从而达到改善作物的养分、节约肥料、净化土壤的目的。
实施例10实验室砂培试验中PASP溶液对苋菜、生菜生长过程的影响
本试验在华东理工大学实验室采取砂培的种植方式，考察PASP对苋菜、生菜生长过程的影响。该试验共分4个处理。试验平均结果见表11及表12。
           表11砂培试验中PASP溶液对苋菜生长过程的影响
                            单株平均高度(cm)
处理          7天     13天    20天    30天    33天    45天
0mg.L^-1      3.6     5.7     7.8     9.5     11.9    13.2
50mg.L^-1     4.4     6.7     9.2     10.6    12.7    13.9
100mg.L^-1    4.0     6.5     9.1     10.1    12.5    13.8
150mg.L^-1    3.8     6.3     8.8     9.9     12.4    13.8
            表12砂培试验中PASP溶液对苋菜生长过程的影响
                               单株平均高度(cm)
处理          7天     13天    20天    30天    33天    45天
0mg.L^-1      5.1     8.0     11.3    12.6    13.9    15.0
50mg.L^-1     5.7     8.9     12.3    13.4    14.5    15.7
100mg.L^-1    5.5     8.8     12.1    13.1    14.2    15.2
150mg.L^-1    5.3     8.5     11.9    13.0    14.1    15.1
由表11及表12所示，经PASP的处理过苋菜与生菜，在同一时期内，生长的高度均明显高于空白对照。实验结果还反映，施用PASP后20天左右，增长效果最明显，且优选的均是50mg.L-1的PASP的施加浓度。