聚-γ-谷氨酸及其增效肥在水稻上的应用

刘端义;梅金先;张旅峰;魏宗林;黎银忠;张似松;柯云;陈守文;姜玲

【摘 要】分别以6个水稻品种为试验材料,进行了聚-γ-谷氨酸(γ-PGA)及其增效肥试验.结果表明,100mg/L和200 mg/L的γ-PGA浸种和田间喷施,使扬两优6号和珍珠糯秧苗长势旺,白根数增加,分蘖数增多,有效穗数增加,200mg/L的γ-PGA浸种和田间喷施比100mg/L的γ-PGA处理的每公顷产量分别提高465 kg和555 kg,增6.9%和8.4%,且两处理产量均显著高于对照;当使用600 kg/hm2和480kg/hm2的γ-PGA增效复合肥时,杂交中稻Ⅱ优416的产量比使用同样重量的复合肥每公顷产量增加427.5～517.5kg,增幅为4.5%～5.3%,表现出节肥效果;在培两优3076上进行的增效尿素试验表明,秧苗栽移后5 d每公顷施γ-PGA增效尿素90kg,剑叶露尖时每公顷施-γ-PGA增效尿素45 kg的产量最高,与对照呈显著差异;当基肥为480 kg/hm2 γ-PGA增效复合肥与γ-PGA增效尿素配合使用,其产量比基肥为600 kg/hm2普通复合肥和普通尿素配合使用的对照要高,表现出明显的节肥效果.

【期刊名称】《湖北农业科学》 【年(卷),期】2010(049)010 【总页数】6页(P2390-2394,2400) 【关键词】聚-γ-谷氨酸;增效剂;水稻;产量

【作 者】刘端义;梅金先;张旅峰;魏宗林;黎银忠;张似松;柯云;陈守文;姜玲

【作者单位】湖北省咸宁市咸安区农业技术推广中心,湖北,咸安,437000;湖北省武穴市农业局,湖北,武穴,438400;湖北省浠水县粮食作物栽培站,湖北,浠水,438200;湖

北省安陆市农业局,湖北,安陆,432600;湖北省京山县农业局,湖北,京山,431800;湖北省农业技术推广总站,武汉,430070;华中农业大学，农业微生物学国家重点实验室,武汉,430070;华中农业大学，农业微生物学国家重点实验室,武汉,430070;华中农业大学,园艺林学学院,武汉,430070 【正文语种】中 文 【中图分类】S511.062

多年来，为了提高肥料的利用率，减少肥料的损失，人们对肥料的增效因子进行了大量的研究。这些增效因子主要包括腐植酸类、激素、多种矿质营养元素复合和高分子聚合物四大类，其中高分子聚合物［2］，如聚丙烯酸［3］、聚天冬氨酸［4］、聚－γ－谷氨酸［Poly－（γ－glutamic acid），γ－PGA］等［5，6］，以其添加量少，使用成本低，促进植物生长效果明显等优势而越来越受到重视，特别是类似聚－γ－谷氨酸这样对环境友好、并且可再生的大分子生物聚合物更受人们青睐。γ－PGA是由谷氨酸单体通过α－氨基和γ－羧基形成肽键的阴离子型高分子聚合物，可通过生物发酵来获得。聚－γ－谷氨酸是一种多聚氨基酸类多功能生物可降解的高分子材料［7－9］，具有水溶性高，吸附性强，生物相容性好，无毒、无害、无残留，促进作物养分吸收等优点。聚－γ－谷氨酸属纯天然的生物制剂，进入土壤中后，可自然分解，生成氨基酸，最终被植物吸收利用，不会造成环境的二次污染［10，11］。

目前，聚－γ－谷氨酸在医学和材料领域研究较多，而在农作物上的报道甚少［12-14］。开展γ－PGA肥料增效剂和增效肥在水稻上的推广和应用，对于我国粮食增产增收具有重大意义。为了加快聚－γ－PGA肥料增效剂和增效肥在水稻上的应用，华中农业大学农业微生物学国家重点实验室与湖北省农业技术推广总站等

单位于2008年共同组织了γ－PGA肥料增效剂和增效肥田间试验和大田示范，先后选择湖北的咸安、安陆、武穴、京山、浠水等县（市、区）分别开展了γ－PGA增效剂、γ－PGA增效复合肥和γ－PGA增效尿素在水稻生产中增产、节肥的小区试验和大田示范，从而为γ－PGA在水稻上科学有效地应用打下了基础。 1 材料与方法

1.1 γ－PGA增效剂浸种和田间施用试验设计

以杂交中稻扬两优6号为试验材料在咸安区进行。试验设置2个处理，1个对照，3次重复。每个处理用地面积133.4 m2，各小区和处理间做田埂，以防止串流。对照（XACK1）用清水浸种8h，并在秧苗1叶1心时每处理施1 kg尿素加清水10 L稀释均匀泼施，处理XA1和XA2分别是用100 mg／L和200 mg／L的γ－PGA浸种8 h，每处理再将相应浓度的10 L γ－PGA溶液在田间施用。另一品种珍珠糯也按照上述设计进行试验，对照和处理分别用XACK2，XA3和XA4表示。2008年4月25日浸种，4月29日播种，5月30日移栽，对照和处理分厢进行移栽，每公顷密度244 275蔸，每公顷基本苗120.6万苗。9月10日收割。施肥、管水、病虫防治等管理措施一致。 1.2 γ－PGA增效肥试验设计

1.2.1 安陆增效复合肥试验设计 以杂交中稻Ⅱ优416为试验材料。2008年4月18日播种，5月25日筑埂作小区，小区面积 30 m2（5 m×6 m），设 3次重复。以施普通复合肥 600.0 kg／hm2作对照（ALCK），设置 AL1、AL2和 AL33个处理（表 1），按试验设计施入肥料。 秧苗移栽密度22.8万穴／hm2。 2008年6月2日追施分蘖肥尿素90.0 kg／hm2，7月20日追施促花肥尿素45.0 kg／hm2。水分管理和病虫害防治与对照一致。2008年9月7日收割。

1.2.2 京山增效复合肥试验设计 以优质品种鉴真2号为试验材料。试验设1个处理（JS1），1个对照（JSCK），3 次重复（表 1）。 处理 JS1为大田每公顷基施

γ－PGA增效复合肥600.0 kg，移栽后5 d，每公顷追施尿素90.0 kg作分蘖肥，剑叶露尖时，每公顷再追施尿素45.0 kg作促花肥，对照JSCK为大田每公顷基施普通复合肥600.0 kg，移栽后5 d，每公顷追施尿素90.0 kg作分蘖肥，剑叶露尖时，每公顷追施尿素45.0 kg作促花肥。

1.2.3 浠水增效尿素试验设计 试验品种为培两优3076，试验田分区作埂。2008年4月9日播种，5月9日移栽，整田后施普通复合肥600.0 kg／hm2作底肥，6月14日返青，7月7日晒田，1周后复水；插秧后5 d，用除草剂除草，病虫防治按当时实际情况统一安排。试验设4个处理，3次重复，随机排列，小区面积30m2，底肥统一用普通复合肥600.0kg／hm2，处理为 XSCK、XS1、XS2和 XS3（表 1）。

1.2.4 武穴增效复合肥和增效尿素配合施用试验设计 以早稻品种两优287为供试材料，选择排灌方便，肥力均匀一致的试验田。小区长5 m，宽4 m，面积20 m2，四周设置保护行，试验小区间、小区与保护行间分别筑埂，区组间及区组与保护行间设置排灌沟。2008年4月10日播种，5月13日移栽，秧龄 34 d，每小区插 8 行，每行 40 穴，36.0 万穴 ／hm2。病虫防治及水分管理同一般大田高产栽培。试验处理（WXCK、WX1、WX2和 WX3）见表 1，采用随机区组排列，3次重复。 2 结果与分析

2.1 γ－PGA增效剂浸种和田间喷施对秧苗素质及产量的影响

利用扬两优6号进行γ－PGA浸种和田间喷施试验表明，用γ－PGA浸种和喷施“断奶肥”的XA1和XA2处理后，单株分蘖数分别比对照多1.4和1.3个；总根数比对照分别多27.7和17.2条，白根数分别比对照多5.4和4.6条，百株鲜重分别比对照重129和124g，差异达到显著水平（表 2）。 用 γ－PGA浸种和喷施 “断奶肥”，XA1和XA2的最高苗每公顷分别比对照高31.05万和26.85万苗，

每公顷有效穗数分别比对照多11.40万和13.65万穗，高6.8%和 8.2%；每穗实粒数分别比对照多 1.8 和 9.2 粒，千粒重分别比对照重0.20和0.43 g，实际每公顷产量分别比对照高 361.5和 915.0 kg，增 5.7%和 14.5%。处理XA1和XA2之间，XA2每公顷有效穗数比XA1多 2.25 万穗，每穗实粒数多 7.4 粒，千粒重增加0.2 g（表3）。XA2比XA1实际每公顷产量高553.5 kg，增8.3%。XA1处理和XA2处理产量与对照呈显著差异（图 1a）。

表1 γ-PGA增效肥试验设计试验地点安陆京山浠水武穴编号ALCK AL1 AL2 AL3 JSCK JS1 XSCK XS1 XS2 XS3 WXCK WX1 WX2 WX3复合肥kg/hm2 600.0 480.0 600.0 600.0 600.0 600.0 600.0 600.0 γ-PGA增效复合肥kg/hm2 600.0 480.0 600.0 480.0 480.0 480.0尿素（分蘖肥＋保花肥）kg/hm2 90.0+45.0 90.0+45.0 90.0+45.0 90.0+45.0 90.0+45.0 90.0+45.0 112.5+22.5 90.0+45.0 112.5+22.5 0+22.5 γ－PGA增效尿素（分蘖肥＋保花肥）kg/hm2内容γ-PGA复合肥试验γ-PGA复合肥试验112.5+22.5 90.0+45.0 γ-PGA尿素试验112.5+22.5 90.0+45.0 112.5+0 γ-PGA复合肥和γ-PGA尿素综合试验 表2 γ-PGA浸种和田间施用对秧苗素质的影响注：同列不同小写英文字母表示在0.05水平上差异显著。品种扬两优6号珍珠糯百株鲜重g 657.0±43.3a 652.0±35.8a 528.0±38.0b 613.0±47.1a 615.0±42.6a 582.0±44.4b处理XA1 XA2 XACK1 XA3 XA4 XACK2叶龄叶7.92 7.99 7.67 7.11 7.15 7.02分蘖数个3.8 3.7 2.4 2.1 2.3 1.9总根数条82.5±2.8 72.0±3.5 54.8±3.8 63.6±2.7 62.1±3.0 58.9±2.4白根数条18.8±2.0 18.0±1.6 13.4±3.2 21.4±3.4 21.6±2.5 19.5±2.8

图1 γ－PGA浸种和大田施用对水稻产量的影响

利用另一个品种珍珠糯进行γ－PGA类似的试验，当进行浸种和喷施“断奶肥”的XA3和XA4处理后，单株分蘖数分别比对照多0.2和0.4个；总根数比对照分

别多4.7和3.2条，白根数分别比对照多1.9和2.1条，百株鲜重分别比对照重31.0和33.0 g（表2）。XA3和XA4处理后，每公顷最高苗分别比对照多6.75万和7.50万苗，每公顷有效穗数分别比对照多6.45万和13.65万穗；每穗实粒数分别比对照多 5.1 和 9.2 粒，千粒重均比对照重 0.1 g，每公顷理论产量分别比对照高502.5和961.5 kg（图1b），实际每公顷产量分别比对照增加240.0和660.0 kg， 分别高出对照 4.0%和 11.0%；XA3和 XA4之间比较可知，XA4每公顷有效穗数比XA3处理多7.2万穗，每穗实粒数多 4.1粒，千粒重相当（表 3），实际每公顷产量比XA3高420.0 kg。试验表明，用γ－PGA浸种和喷施与清水比较，秧苗长势旺，秧苗素质好，大田分蘖数增多，每公顷有效穗数增加。 表3 γ-PGA浸种和田间施用对水稻生长和丰产性的影响品种扬两优6号珍珠糯处理XA1 XA2 XACK1 XA3 XA4 XACK2株高cm 108.9 109.3 107.1 103.1 104.2 102.1穗长cm 24.6 25.7 24.6 21.7 22.4 21.3有效穗数万/hm2 178.35 180.60 166.95 225.45 232.65 219.00每穗总粒数//粒143.6±22.5 151.6±23.6 142.9±20.4 123.2±18.9 125.1±24.2 121.0±16.3结实情况每穗实粒数//粒135.6±20.1 143.0±17.2 133.8±19.8 115.6±21.8 119.7±23.7 110.5±25.1结实率//%94.4±2.1 94.3±1.9 93.6±2.5 93.8±0.7 95.6±1.2 91.3±3.0千粒重g 28.8±0.3 29.0±0.4 28.6±0.4 25.7±0.6 25.7±0.3 25.6±0.7 2.2 γ－PGA增效复合肥对水稻产量的影响

在安陆中稻Ⅱ优416上分别进行了不同施肥量的普通复合肥和γ－PGA增效复合肥处理的比较试验，ALCK为 600.0 kg／hm2普通复合肥，AL1为 480 kg／hm2普通复合肥，AL2为 600.0 kg／hm2 γ－PGA增效复合肥，AL3为 480.0 kg／hm2γ－PGA 增效复合肥。结果表明，当使用600.0 kg／hm2和480.0 kg／hm2的γ－PGA增效复合肥时，杂交中稻Ⅱ优416的产量比使用同样重量的普通复合肥的产量要高，每公顷产量分别增加517.5和427.5 kg，增产幅度分别为

5.3%和 4.5%。 施用 480.0 kg／hm2的 γ－PGA 增效复合肥时，产量比施用600.0 kg／hm2的普通复合肥的产量高，表现出一定的节肥效果，但差异不显著。施用600.0 kg／hm2的γ－PGA增效复合肥的产量表现最高，它与480.0 kg／hm2的普通复合肥处理相比产量呈显著差异（图2a）。

京山试验点试验显示，γ－PGA增效复合肥在水稻中应用，其增产效果明显。大田每公顷基施γ－PGA增效复合肥600.0 kg，移栽后5 d，每公顷追施尿素90.0 kg作分蘖肥，剑叶露尖时，每公顷追施尿素 45.0 kg 作促花肥（JS1）的每公顷产量 6 685.5 kg，比对照每公顷产量 5 967.0 kg增产 718.5 kg，增幅为12.0%，差异达显著水平（图2b）。虽然选用了当地主栽优质稻品种鉴真2号产量水平不高，但γ－PGA增效复合肥表现出明显的增产效果。 2.3 γ－PGA增效尿素的增产效应

在浠水水稻培两优3076进行γ－PGA增效尿素试验，图3中XSck为移栽后5 d每公顷施尿素112.5 kg， 剑叶露尖时每公顷施尿素 22.5 kg，XS1为移栽后5 d每公顷施尿素90.0 kg，剑叶露尖时每公顷施尿素 45.0 kg，XS2为移栽后 5 d每公顷施 γ－PGA增效尿素112.5 kg，剑叶露尖时每公顷施γ－PGA增效尿素22.5 kg，XS3为移栽后5 d每公顷施γ－PGA增效尿素90.0 kg，剑叶露尖时每公顷施γ－PGA增效尿素45.0 kg。试验结果表明，每公顷产量XS3最高，XSCK处理最低，只有 9 294.0 kg，XS3处理比 XSCK增产 1 075.5 kg，差异显著（图 3）。 每公顷施用γ－PGA增效尿素90.0 kg，剑叶露尖时每公顷施γ－PGA增效尿素45.0 kg比其他处理和对照的产量都显著提高。而且在尿素施用量一样的情况下，γ－PGA增效尿素比普通尿素增产效果明显，且XS3比XS2效果更突出。 图2 γ－PGA增效复合肥在水稻上的增产和节肥效果 图3 γ－PGA增效尿素的增产效应分析

2.4 γ－PGA增效复合肥和增效尿素综合应用效果分析

在武穴水稻两优287上进行γ－PGA增效复合肥和γ－PGA增效尿素配合使用试验的结果 （图4）表明，γ－PGA增效肥各处理分别比WXCK增产1.3%～4.2%，其中以WX1最高，说明在WX1处理中，γ－PGA增效复合肥和γ－PGA增效尿素在不同时期配合使用有一定的增产效果。WX2虽然也是使用了γ－PGA增效复合肥和γ－PGA增效尿素，但使用量不是最恰当的。当基肥使用γ－PGA增效复合肥480 kg／hm2加上分蘖肥 γ－PGA 增效尿素 112.5 kg／hm2，保花肥使用普通尿素22.5 kg／hm2，其增产明显比WX1处理差。对照使用了基肥普通复合肥600kg／hm2，比3个处理的基肥用量都要高，但分蘖肥和保花肥都没有使用γ－PGA增效尿素，其产量为本组试验中最低，本试验也证明了γ－PGA增效复合肥和γ－PGA增效尿素配合使用具有一定的节肥效果。 图4 γ－PGA增效复合肥和增效尿素配合使用对水稻产量的影响 3 讨论

3.1 γ－PGA增效剂和增效肥影响产量因素的分析

在咸安试验点开展的γ－PGA浸种和喷施的试验，证明γ－PGA增效剂处理后，发芽比清水浸种的快，株高分别比对照高，秧苗长势旺，秧苗素质好，大田分蘖数增多，茎宽比对照宽，白根数分别比对照多，γ－PGA处理后的水稻苗根系活力增加，吸收营养的能力加强，生长期间叶片比对照色泽要浓绿，分蘖比对照略早、快、多，抗纹枯病能力比对照稍强；单位面积有效穗数增加，植株的抽穗期比对照推迟3～4 d；成熟时，植株高度比对照高1～2 cm，根系比对照的多而且长，植株难以连根拔起。说明γ－PGA处理表现出明显的状秧增产效果。

经大田生长发育观察及考种情况综合分析表明，安陆试验点施用γ－PGA增效复合肥作基肥对作物营养生长有促进作用，白根和分蘖增多，结实率提高，单产明显提高。虽然施用γ－PGA增效复合肥作基肥对作物生育期有延后影响，抽穗及成熟推迟2 d左右，但使用γ－PGA增效复合肥对促进发根和分蘖有一定作用，表

明对作物营养生长有促进作用。根据考种结果推测，施用γ－PGA增效复合肥对提高产量的作用主要表现在提高结实率上，试验处理对每公顷总穗数和千粒重影响不大。

武穴试验表明，γ－PGA增效肥料能够提高水稻品种的结实率和成穗率，均衡营养供应，对防止前期旺长，促进后期结实有一定作用。

浠水试验点增效尿素试验表明，处理和对照的每公顷穗数基本相当，千粒重完全一致，穗实粒数有一定变化，推测决定产量高低的主导因素是每穗实粒数。XS3处理的每穗实粒数最多，达177.1粒，结实率最高，达75.9%，产量最高，XSCK处理每穗实粒数最少，只有155.0粒，结实率最低，只有65.2%，产量也最低。 综上所述，γ－PGA增效剂和增效复合肥以及增效尿素可以促进水稻地上部分和地下部分的生长，植株根深叶茂，营养供应均衡，同时，也促进了生殖器官的发育，每公顷有效穗数增加，穗实粒数增加，从而实现了壮苗增产的目标。 3.2 施用γ－PGA增效剂和增效肥节约成本增产增收

小区试验和大田大面积示范结果均表明，在相同生产技术措施下，施用γ－PGA增效肥替代普通肥不仅能显著提高水稻的产量，而且在节肥20%的情况下，水稻的产量未受到影响，反而略有提高，这表明施用γ－PGA增效肥可大大减少肥料的使用量，节约农民生产成本，从而提高农民收益。若水稻大面积使用γ－PGA增效肥，每公顷施肥增加成本45～75元，按每公顷增产5%～10%计算，每公顷每季可增值 525.0～1 087.5 元；若采用节肥方案，每公顷少施肥20%左右，复合肥按3 000元／t计算，每公顷可节约肥料成本360元左右。因此，γ－PGA增效肥和普通肥料相比，具有显著的优势，γ－PGA增效肥具有极大的推广应用前景。 本课题从多个试验点和不同品种的角度评价了新型肥料增效剂聚－γ－谷氨酸在水稻栽培中的应用效果，试验证明聚－γ－谷氨酸具有节肥、提高水稻秧苗生长质量和促进水稻增产的作用，通过γ－PGA溶液浸种、对作物灌根、喷施、γ－PGA

复合肥撒施、γ－PGA尿素的水溶液在田间施用等常规方法的使用，发现聚－γ－谷氨酸具有明显的促进作物对肥料的吸收作用，从而开辟了聚－γ－谷氨酸在水稻上应用的新领域。关于聚－γ-谷氨酸促进作物生长的作用机制以及对水稻品质的影响还有待于进一步探讨。 参考文献：

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