核苷酸在農業(yè)生產(chǎn)中的研究進展及展望

田春麗 黃鵬飛 杜君

摘要：核苷酸作為構成生命的基礎物質，參與生命物質和能量代謝的全過程，在細胞結構、代謝、能量及調節(jié)功能等方面都起著無可替代的作用。農業(yè)生產(chǎn)上，核苷酸常作為調節(jié)作物生長發(fā)育及補充施肥的一種綠色健康農業(yè)生產(chǎn)資料，其無毒無害、高效環(huán)保等特點符合新時代我國建設農業(yè)強國的要求，對保證國家糧食安全生產(chǎn)有著重要意義。在總結目前生產(chǎn)核苷酸常用的制備方法及其特點的基礎上，綜述了核苷酸葉面肥對糧食作物和經(jīng)濟作物（水果、蔬菜）在生長生理、生物學性狀、經(jīng)濟性狀及抗逆性等方面的作用，分析了我國目前核苷酸葉面肥在農業(yè)生產(chǎn)上未大面積推廣應用的原因，展望了核苷酸肥發(fā)展方向，提出了思路與對策，以期為農業(yè)核苷酸肥產(chǎn)業(yè)發(fā)展及推廣應用提供參考。

關鍵詞：核苷酸；葉面肥；研究進展；展望

農業(yè)生產(chǎn)關乎國家安全、經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展，是實現(xiàn)中華民族偉大復興的重大戰(zhàn)略問題。《中共中央、國務院關于做好2023年全面推進鄉(xiāng)村振興重點工作的意見》（2023年中央一號文件）指出[1]，作為我國第一大糧食作物的玉米，其單產(chǎn)水平在世界主要生產(chǎn)國中還處于中下水平，提高玉米單產(chǎn)、端牢中國飯碗的形勢依然緊迫。保障糧食和重要農產(chǎn)品穩(wěn)定安全供給，始終是建設我國農業(yè)強國的頭等大事[2]。2022年爆發(fā)的俄烏沖突使世界糧食市場發(fā)生了劇烈動蕩，糧食安全風險愈加凸顯[3]。因此，調整農業(yè)產(chǎn)業(yè)結構，提高農業(yè)科技水平、研發(fā)現(xiàn)代種業(yè)技術，開發(fā)無公害綠色的高效肥料及技術，探索建立涵蓋技術研發(fā)與應用、人才培養(yǎng)、政策制度支撐等內容于一體的農業(yè)生產(chǎn)保障體系成為我國農業(yè)安全的重要保障。

核苷酸是構成核酸的基本物質，植物細胞分裂、葉綠體合成均需要核苷酸參與，作為植物的有機營養(yǎng)物，可以有效地促進葉片的光合作用，調節(jié)植物生殖器官的生長發(fā)育[4]。在現(xiàn)代農業(yè)生產(chǎn)上，核苷酸有機葉面肥常作為土壤肥力不足時的一種施肥措施，具有易操作、肥效高、見效快、投入少等特點，在我國農業(yè)生產(chǎn)上具有重要地位[5-6]，不僅可以刺激細胞分裂，調節(jié)作物生長發(fā)育，提高作物產(chǎn)量，而且可以增強作物抗逆性，防止或減輕環(huán)境脅迫對作物生長發(fā)育的危害[7-8]。

國內學者對含有核苷酸、核酸和氨基酸及 N、P、Mg、 B等營養(yǎng)元素的復合型葉面肥在農業(yè)生產(chǎn)中的應用有較多研究[9-10]，結果表明以核苷為主的核酸小分子葉面肥在作物提質增產(chǎn)和抗病等方面效果明顯。已有的研究成果主要集中在核苷酸葉面肥的制備工藝[11-12]、施肥條件、提高作物抗環(huán)境脅迫能力、增加作物生物量和產(chǎn)量、提高品質以及對作物生理活動（光合作用、生物酶活性等）影響等方面[13-14]。筆者以糧食作物、經(jīng)濟作物和蔬菜為切入點，系統(tǒng)闡述核苷酸葉面肥在我國農業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮的作用，分析當前核苷酸葉面肥的研究現(xiàn)狀和不足，提出一些發(fā)展思路和對策。

一、制備核苷酸肥的原料及方法

核酸主要存在于真核生物的細胞核內，要大量生產(chǎn)核苷酸，需要不斷研發(fā)改進核苷酸生產(chǎn)技術并研發(fā)先進的工業(yè)合成方法。 目前，已經(jīng)成熟的核苷酸制備方法主要有化學合成、酶水解、微生物發(fā)酵、酶催化等。

（一） 化學合成法

工業(yè)生產(chǎn)上利用核苷為原料，通過添加氨基磷酸酯、5′－H－磷酸酯、磷酸二酯、磷酸三酯等中間體大量合成許多種核苷酸及其衍生物。李悅[15]以腺嘌呤核苷和五氧化二磷為原料，采用直接磷酸化反應，經(jīng)過優(yōu)化生產(chǎn)工藝，制取5－腺嘌呤核苷酸的產(chǎn)率可達73.40％；運用重結晶工藝，5－腺嘌呤核苷酸的結晶率達88.05％，純度為95.68％。工業(yè)上制備的5－核苷酸[16]，以少量水為媒介，可以將未受保護的核苷經(jīng)三氯氧磷磷酸化后生成，其產(chǎn)率在90％以上。此外，對于酸敏感的原料，為了促使目標核苷酸合成，并防止糖苷鍵斷裂，可以采用一些溫和可控的磷酸化試劑進行化學合成。

（二） 酶解法

酶解法是先將細胞本身的酶滅活，利用外加酶進行降解的方法[17]。常見應用于酵母核苷酸提取工藝，利用核酸酶 P1將單鏈 RNA 或 DNA 切割成5－單核苷酸成為工業(yè)原料的主要來源，具有高降解率、副產(chǎn)物少、產(chǎn)量高和無毒無害的特點。王定昌[18]給出了以玉米淀粉為原料提取核苷酸的一般過程，玉米淀粉酶解后形成糖液，經(jīng)酵母菌發(fā)酵（增殖）產(chǎn)生大量菌體，通過離心脫水的方法獲得高核酸酵母。利用高濃度鹽溶液改變酵母細胞壁滲透性的原理，采用濃鹽法，加熱高核酸酵母鹽溶液使核酸從酵母細胞內釋出，核酸再經(jīng)桔青霉產(chǎn)生的5－磷酸二酯酶酶解為5－核苷酸。在酶解中添加適量的鋅離子，可以提高核酸降解率，最高降解率約達80％。

（三）微生物發(fā)酵法

微生物發(fā)酵法是利用微生物在適當條件下將原料（有機物）分解成部分蛋白質、多糖、脂肪等一些大分子物質，進而形成有機酸、可溶性小肽等小分子物質的加工處理過程。現(xiàn)代微生物發(fā)酵技術包含了傳統(tǒng)的發(fā)酵技術、分子改造修飾技術、細胞融合技術等新型生物技術[19]，是利用生物體的特性和功能，運用分子生物學的新技術，有意識地操縱遺傳物質，對生物體及其功能進行定向修飾，然后通過生物反應器大規(guī)模培養(yǎng)工程細菌或工程細胞系，產(chǎn)生大量有用的代謝物或發(fā)揮其獨特生理功能的一個綜合性技術體系[20]。

目前，微生物發(fā)酵法的研究主要集中在優(yōu)良菌株選育、發(fā)酵條件優(yōu)化、細胞大量培養(yǎng)以及代謝產(chǎn)物定向生產(chǎn)、分離和純化等方面[21]。袁紅梅[22]對枯草芽孢桿菌 BS－0進行了多輪誘變處理，將獲得的高產(chǎn)突變菌株5－36進行了發(fā)酵罐放大培養(yǎng)，結果顯示，經(jīng)發(fā)酵工藝優(yōu)化，補充葡萄糖后產(chǎn)腺苷量為23.449g／L，較未調控前提高42.63％。總之，微生物發(fā)酵法在核苷酸生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用。

（四）酶催化法

酶具有很高的生物催化活性，在酶催化反應過程中，活性位或者活性中心是酶催化的關鍵核心區(qū)域。與一般的化學催化不同，酶催化在接近中性的常溫常壓條件下就可以反應，催化效率高，同時還具有高度的專一性，一種酶往往只能催化一種或一類反應[23]。 目前研究較多的酶有核苷激酶、糖磷酸轉移酶、5－核苷酸酶、酸性磷酸酶等。酸性磷酸酶兼具磷酸轉移酶和 5－核苷酸酶活性特點，非特異性的酸性磷酸酶對于多種磷酸化合物表現(xiàn)出高效的水解活性，且不需要耗能 ATP，成為探究核苷酸量產(chǎn)的新思路[24]。

二、核苷酸葉面肥在農業(yè)生產(chǎn)中的應用

（一） 核苷酸葉面肥對糧食作物的影響

越來越多的研究表明，核苷酸對作物生物性狀、生理生化、抗逆行性等具有明顯的提高和改善作用。龐曦寧等[25]研究了“綠風95”植物生長調節(jié)劑（0.05％核苷酸水劑）對水稻、小麥等作物生長和產(chǎn)量的影響，結果表明，根外噴施合適濃度的“綠風95”，水稻的千粒重和產(chǎn)量明顯增加。小麥出苗、分蘗日期提前，其穗數(shù)和穗粒增加，增產(chǎn)效果明顯。慕娟等[26]以核苷為主的核酸葉面肥對大田小麥生理效應進行了研究，結果表明核酸肥提高了小麥葉綠素合成和光合作用能力，以及源端碳水化合物輸出能力和灌漿中后期庫端淀粉的累積，小麥產(chǎn)量和面筋品質也有小幅度提高。問清江等[27] 研究表明，在干旱脅迫條件下，噴施核酸葉面肥可以促進小麥植株生長和葉綠素合成，提高根系活力，降低植株對干旱脅迫的敏感度。

（二） 核苷酸葉面肥對經(jīng)濟作物的影響

姜小文等[28]研究顯示，經(jīng)過濃度為0.15％核苷酸有機營養(yǎng)劑處理的椪柑， 其單果重明顯提高， 增幅6.9％～ 9.3％；果實橫徑增大，70mm 以上的果實占42％；果實著色均勻，顏色鮮亮；果實中的可溶性固形物質和總糖含量分別提高達12.98％、10.96％；維生素 C含量也有提高，但不顯著。蜜柑噴施含多種氨基酸的復合核苷酸葉面肥，其果實品質、果徑（增加0.67cm）、坐果率（增幅96.15％，下同）、

葉綠素含量（5.7％）、光合速率（19.9％）、增產(chǎn)（11.4％）增收均表現(xiàn)為顯著提高[29]。袁沛元[30]等研究表明，妃子笑在第一次雌花謝花后3d 噴施農用核苷酸2～4次，能有效提高第一次雌花的座果率、結果率和單株產(chǎn)量，其中以連續(xù)噴施農用核苷酸4次的效果最好；在第一次雌花謝花后10～12d 噴施農用核苷酸2～4次，能有效減少裂果，其中連續(xù)噴施農用核苷酸4次的果皮顯著增厚，裂果率僅為1.82％。

王潤軍[31]對紅球葡萄噴施核酸增進型植物營養(yǎng)素葉面肥，結果表明，與噴清水處理相比，紅球葡萄的果枝率、坐果率、單粒質量、單穗質量、好果率及產(chǎn)量等方面均呈極顯著提高，單葉面積、葉厚和可溶性固形物等方面呈顯著性提高。以核酸、藻酸、氮、尤加利葉萃取物為主成分的藻核酸對促進京亞和夏黑葡萄花穗長度的效果很明顯，分別增長11.78％、12.58％，對戶太8號葡萄也有一定的促增長作用（4.42％）。

慕娟等[32]對油菜噴施不同濃度的核酸葉面肥發(fā)現(xiàn)，油菜的生理性狀和經(jīng)濟性狀對核酸葉面肥濃度的響應程度存在差異，提高葉綠素含量、根系活力和單株重的最佳濃度為50ml／L，葉長增長和葉數(shù)增加的最佳濃度分別為75ml／L和100ml／L，核酸葉面肥使油菜產(chǎn)量提高了30％以上，改善了品質。

（三）核苷酸葉面肥對蔬菜的影響

龐曦寧等[33]研究發(fā)現(xiàn)，根外噴施合適濃度的“綠風95”，蔬菜的品質明顯提高，果實大且均勻、味道鮮美。油菜株高和分枝數(shù)增加，角數(shù)、每角粒數(shù)、千粒重等增加明顯。姜佰文等[34]研究表明，噴施核酸生物葉面肥對提高白菜株高、球莖粗、凈菜率、維生素 C含量和產(chǎn)量具有明顯的效果。陳日遠等[35]認為，冬瓜植株經(jīng)過噴施50 mmol／L核苷酸及其組合物葉面處理后，老瓜和嫩瓜產(chǎn)量均顯著提高，果實中還原糖、總糖和維生素 C含量都明顯增加，明顯改善了冬瓜品質，葉片中葉綠素含量和光合速率也明顯提高。

三、核苷酸葉面肥應用存在的不足與展望

核苷酸一直被作為生物調節(jié)劑來研究應用，隨著農業(yè)科技發(fā)展，核苷酸葉面肥在作物生長發(fā)育關鍵階段作為一種補充養(yǎng)分的方式被國內外學者所認同，并在農業(yè)領域開展了核苷酸量產(chǎn)工藝研發(fā)，以及對作物生長生理、生物性狀、經(jīng)濟性狀、抗病防害等方面的許多研究，取得了許多關鍵成果。但核苷酸在我國現(xiàn)在農業(yè)生產(chǎn)中的廣泛應用卻相對落后，我國僅在蔬菜、果樹、棉花、芝麻等經(jīng)濟作物上有較多應用，而大田作物上的應用比例很小。

（一） 不足

核苷酸葉面肥在我國大面積推廣應用一直不理想，主要有以下原因。

1、對核苷酸葉面肥的研發(fā)投入力度小。我國核苷酸葉面肥的研發(fā)投入力度不夠，其理論及機制等方面的研究還相對滯后，研發(fā)針對單一作物全生命周期關鍵節(jié)點的核苷酸、氨基酸、腐殖酸類及無機營養(yǎng)元素組成的復合型葉面肥還相對不足，不同種植環(huán)境下相應的葉面施肥技術體系依舊缺失，葉面肥的量產(chǎn)工藝也有待提高。

2、農戶對核苷酸葉面肥的認識不足。在提倡經(jīng)濟效益、減輕勞作強度、提高生產(chǎn)效率的農業(yè)意識形態(tài)下，農戶過度依賴傳統(tǒng)的固體肥料，對葉面肥的使用方法、使用條件等技術認識和掌握不足，專業(yè)培訓普及率低。如農戶對葉面肥噴施的濃度、方法、時間、部位等不清楚，盲目噴施，不僅浪費葉面肥，增加成本，而且影響效果。

3、與核苷酸葉面肥配套的農機具少。我國自動化噴施葉面肥的機械設施少，對于密植度高的糧食作物，人工噴施葉面肥的成本高，工作效率低，效果不理想。目前，我國的種植模式多以家庭為單位，且種植作物多樣，農戶投入高成本的植保無人機等自動化噴施設備不具備條件，限制了葉面肥大面積推廣應用。

（二） 展望

隨著2023年指導“三農”工作的中央一號文件的發(fā)布，國家在強化農業(yè)科技和裝備支撐、推動鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè)高質量發(fā)展、強化政策保障和體制機制創(chuàng)新等方面提出了具體要求和支持。文件明確要求推動農業(yè)關鍵核心技術攻關，因此，農業(yè)核苷酸葉面肥相關技術研發(fā)迎來新的機遇與挑戰(zhàn)。 目前，在全球核苷酸市場需求規(guī)模持續(xù)增大的情況下，加快我國產(chǎn)能調整，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結構，擴大產(chǎn)業(yè)規(guī)模，必將掀起一場新的技術攻關。實現(xiàn)綠色環(huán)保型的現(xiàn)代農業(yè)強國，研發(fā)無毒無害高效的核苷酸及其復合型肥必將迎來新的發(fā)展。

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基金項目：2020年度河南省教育廳高校重點科研項目“核苷酸在農業(yè)生產(chǎn)上的開發(fā)利用研究”，項目編號：20B210012；2020年度河南農業(yè)職業(yè)學院科研創(chuàng)新團隊項目“生態(tài)高值農業(yè)設施環(huán)境調控科研創(chuàng)新團隊”，項目編號：HNACKT-2020-06；2020年度河南省高等職業(yè)學校青年骨干教師培養(yǎng)項目“設施農業(yè)土壤微生態(tài)環(huán)境調控措施研究”，項目編號：2020GZGG001。

作者簡介：田春麗（1982-），女，河南上蔡人，博士，副教授，研究方向：土壤肥料與植物營養(yǎng)。

（責任編輯曹雯梅）