第六章　植物生長調(diào)節(jié)劑在
大田作物上的應(yīng)用

第一節(jié)　概　　述

作物生產(chǎn)對保障我國糧食安全、推動國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義。作物是指田間大面積栽培的農(nóng)藝作物，即農(nóng)業(yè)上所指的糧、棉、油、麻等農(nóng)作物，因其栽培面積大，地域廣，又稱為大田作物。傳統(tǒng)的作物栽培技術(shù)在我國農(nóng)業(yè)發(fā)展中起到了十分重要的作用，對解決人們的溫飽問題起決定性作用。然后，面對農(nóng)業(yè)逆境出現(xiàn)頻率的不斷提高以及現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效和可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)，傳統(tǒng)栽培技術(shù)的一些局限性也顯現(xiàn)出來。通過應(yīng)用植物生長調(diào)節(jié)劑，影響植物激素系統(tǒng)，調(diào)節(jié)作物生長發(fā)育過程的作物化學(xué)控制技術(shù)已可在提高作物抗逆性、簡化栽培程序、穩(wěn)定優(yōu)質(zhì)等方面發(fā)揮作用。

一、應(yīng)用概況

植物生長調(diào)節(jié)劑的研發(fā)和應(yīng)用，是近代農(nóng)業(yè)科學(xué)的重大進(jìn)步之一，是農(nóng)業(yè)科技水平提高的重要標(biāo)志，在全世界農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。植物生長調(diào)節(jié)劑科學(xué)應(yīng)用于大田作物生產(chǎn)，可達(dá)到破除種子休眠、控制種子發(fā)芽、促進(jìn)植物生根、控制開花、提高植物抗逆性能、增加作物產(chǎn)量或改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)等功效，在克服環(huán)境限制、緩和遺傳限制、提高產(chǎn)量、改善收獲等方面發(fā)揮了積極作用。

早在20世紀(jì)60年代初，歐洲就大面積地應(yīng)用矮壯素防止麥類倒伏。20世紀(jì)70年代，北美洲用乙烯利催熟棉花，巴斯夫公司推出了新植物生長延緩劑甲哌（商品名為縮節(jié)安），開始了世界范圍內(nèi)棉花等作物生產(chǎn)的革命。

我國是一個農(nóng)業(yè)大國，也是世界上應(yīng)用植物生長調(diào)節(jié)劑最早的國家之一。20世紀(jì)70年代以后，我國專家學(xué)者對乙烯利、縮節(jié)安、多效唑、烯效唑等植物生長調(diào)節(jié)劑進(jìn)行了全國性的應(yīng)用研究，在大田作物上，將乙烯利用于水稻、棉花催熟，調(diào)控瓠瓜性別，促進(jìn)橡膠樹泌膠，梨、柑、香蕉等多種果實催熟，柿子脫澀，促進(jìn)菠蘿開花等。其中推廣面積較大的是促進(jìn)橡膠樹泌膠和棉鈴成熟，如用乙烯利促進(jìn)棉鈴成熟的技術(shù)在1978年就開始組織在全國主要棉區(qū)示范推廣，迄今每年應(yīng)用面積約為15萬～20萬公頃。該項技術(shù)是大面積應(yīng)用植物生長調(diào)節(jié)劑主動控制作物生長發(fā)育的成功范例，更是一次作物管理觀念更新的嘗試，影響深遠(yuǎn)。隨后，以縮節(jié)安為主的棉花系列化控技術(shù)成功解決了棉花徒長問題，增產(chǎn)增效、改善品質(zhì)的效果顯著，隨其機(jī)理研究的深入和技術(shù)內(nèi)容的不斷更新，連續(xù)被列為國家重點科技推廣成果。20世紀(jì)90年代以來，每年推廣面積約占總植棉面積的70%以上，被列為新中國成立后棉花栽培領(lǐng)域三大技術(shù)變革之首。

20世紀(jì)80年代中期，多效唑的應(yīng)用研究成為我國作物化控研究的熱點之一，有關(guān)應(yīng)用技術(shù)與應(yīng)用理論方面的研究成果，也將我國化控事業(yè)推向一個較為成熟的階段。1984年江蘇農(nóng)藥研究所成功研制多效唑。1985年中國農(nóng)科院水稻所等組織了全國性的多效唑應(yīng)用研究協(xié)作組，開始研究用多效唑控制連作晚稻秧苗徒長技術(shù)和機(jī)理，被列為八五科技成果推廣重點項目，1993年應(yīng)用面積達(dá)700多萬公頃。中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院針對移栽油菜“高腳苗”、倒伏和越冬死苗問題，開展應(yīng)用多效唑培育油菜壯苗及抗寒性機(jī)理與技術(shù)研究，1993年應(yīng)用面積達(dá)120萬公頃，農(nóng)業(yè)部將“多效唑培育水稻、油菜壯秧及配套增產(chǎn)技術(shù)”列為“八五”至20世紀(jì)末十大高產(chǎn)技術(shù)之一。我國多效唑的商品銷售量居世界之最。此外，多效唑防止水稻倒伏和增產(chǎn)技術(shù)、多效唑控制花生徒長等技術(shù)也均有推廣應(yīng)用。

但是研究發(fā)現(xiàn)，多效唑的應(yīng)用存在殘留和殘效問題，在小麥等旱地作物上更為突出。隨后，開發(fā)活性更高的烯效唑等延緩劑和復(fù)混劑，研制多效唑的替代產(chǎn)品。1991年開始，四川農(nóng)業(yè)大學(xué)系統(tǒng)研究了烯效唑在水稻、小麥、玉米上的應(yīng)用；中國農(nóng)業(yè)大學(xué)研究20%甲·多微乳劑（麥業(yè)豐）在小麥上的應(yīng)用，1999年開始研究甲哌與烯效唑的復(fù)配制劑，全面替代多效唑成分，并于2008年登記開發(fā)了20.8%甲·烯微乳劑（麥巨金），除了穩(wěn)定的防倒增產(chǎn)效果外，表現(xiàn)出更高的生理活性。

近20年來，植物生長調(diào)節(jié)劑的發(fā)展更快，無論是植物生長調(diào)節(jié)劑的品種還是應(yīng)用的廣度和深度，一些產(chǎn)品的應(yīng)用技術(shù)已趕上或超過了某些發(fā)達(dá)國家。現(xiàn)已在我國大規(guī)模推廣的植物生長調(diào)節(jié)劑比較多，如赤霉素應(yīng)用于雜交水稻制種過程，解決包頸問題，替代人工剝苞，同時調(diào)節(jié)花期，使花期相遇，有效節(jié)約勞動力，提高雜交種產(chǎn)量；應(yīng)用甲哌防止棉花徒長，增加產(chǎn)量；多效唑應(yīng)用于水稻幼苗，促蘗增產(chǎn)；多效唑應(yīng)用于油菜秧苗，壯秧抗逆，增加產(chǎn)量；乙烯利用于玉米矮化增密、抗倒增產(chǎn)；仲丁靈、二甲戊靈等用于煙草打頂后抑制腋芽生長等。這些技術(shù)已成為生產(chǎn)上的常規(guī)技術(shù)，經(jīng)濟(jì)有效地解決了生產(chǎn)難題，其推廣應(yīng)用的規(guī)模、普及程度和產(chǎn)生的巨大效益，是任何其他國家無法比擬的。因此，目前我國植物生長調(diào)節(jié)劑在大田作物上的研究和應(yīng)用居國際領(lǐng)先地位。

二、應(yīng)用前景

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)代化離不開機(jī)械化、集約化和規(guī)模化，隨著土地流轉(zhuǎn)、新型經(jīng)營主體的出現(xiàn)，規(guī)模經(jīng)營有了發(fā)展，生產(chǎn)效率、效益越來越受到重視，對植物生長調(diào)節(jié)劑及使用技術(shù)的需求顯得更加迫切。

1．作物生產(chǎn)機(jī)械化需要植物生長調(diào)節(jié)劑及配套技術(shù)

稻麥機(jī)械化收割要求作物不倒伏，否則收獲效率低，質(zhì)量差；工廠育秧，機(jī)械移栽要求秧苗矮健；旱育稀植、拋秧、直播等省工技術(shù)無不借助于多效唑控制作物頂端生長優(yōu)勢的生物效應(yīng)。谷物烘干最好有化學(xué)脫水配合，馬鈴薯機(jī)收要求地上部分催枯和脫葉，摘棉機(jī)械要求棉花經(jīng)化學(xué)催熟和脫葉。

2．作物模式化栽培需要植物生長調(diào)節(jié)劑及其配套技術(shù)

近年來，我國在作物管理上重視高產(chǎn)模式栽培的研究，豐產(chǎn)模式要求作物在不同發(fā)育階段具有相應(yīng)的形態(tài)指標(biāo)、組織結(jié)構(gòu)和生理功能。面對多變環(huán)境，如果缺乏有效控制手段，很難實現(xiàn)栽培模式的預(yù)期目標(biāo)，化學(xué)控制技術(shù)正是提供了實現(xiàn)栽培模式的最有效控制手段，因而植物生長調(diào)節(jié)劑及其使用技術(shù)是作物模式化栽培必需的產(chǎn)品和技術(shù)支撐。

3．作物抗逆豐產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高效多目標(biāo)的實現(xiàn)需要植物生長調(diào)節(jié)劑及其配套技術(shù)

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的目標(biāo)是高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效、生態(tài)、安全，多目標(biāo)的實現(xiàn)往往要借助于植物生長調(diào)節(jié)劑的應(yīng)用。如良種是高產(chǎn)高效農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)，但良種并非十全十美，往往伴隨一些遺傳缺陷，如株高太高不抗倒伏、對溫度敏感不耐低溫等。選用適宜的生長調(diào)節(jié)劑，可彌補品種缺陷。例如高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)但株型松散的棉花品種，在縮節(jié)安的調(diào)控下其株型趨向緊湊，有利于集中成鈴和增加密度。

優(yōu)質(zhì)也是人們?nèi)找嬷匾暤闹笜?biāo)，從遺傳育種上改良品質(zhì)并非易事，因為作物品質(zhì)多屬數(shù)量性狀，且受環(huán)境、栽培技術(shù)等因素影響較大。常規(guī)技術(shù)在品質(zhì)改良上的研究很多，但進(jìn)展緩慢。植物生長調(diào)節(jié)劑具有調(diào)節(jié)同化物運輸和分配、協(xié)調(diào)營養(yǎng)生長和生殖生長的作用，可有效調(diào)控營養(yǎng)物質(zhì)向產(chǎn)品器官運轉(zhuǎn)，達(dá)到改良品質(zhì)的效果。如應(yīng)用6-BA和乙烯利配合在小麥灌漿期使用，可有效延長葉片功能期，改善其功能，促進(jìn)碳、氮、礦物質(zhì)元素等營養(yǎng)物質(zhì)向籽粒中分配，提高產(chǎn)量的同時改善品質(zhì)。

逆境一直是限制作物良種潛力發(fā)揮和增產(chǎn)增收的癥結(jié)，而大田生產(chǎn)條件下有些逆境難以控制或控制成本太高，如溫度逆境、水分逆境、空氣污染等。已證實有些植物生長調(diào)節(jié)劑（如脫落酸、水楊酸、茉莉酸甲酯等）在誘導(dǎo)抗逆性方面有良好效應(yīng)和應(yīng)用效果。

在人口剛性增長、耕地面積減少的情況下，提高復(fù)種指數(shù)是確保糧食安全的途徑之一。生產(chǎn)中前作與后作的協(xié)調(diào)高產(chǎn)也需要植物生長調(diào)節(jié)劑及其配套技術(shù)。例如，針對糧棉爭地的北方棉區(qū)短季棉栽培，以甲哌和乙烯利的應(yīng)用為主，以密植和優(yōu)勢成鈴爭取早熟高產(chǎn)，推動了黃淮海地區(qū)麥棉兩熟的發(fā)展，對穩(wěn)定植棉面積和產(chǎn)量起到重要作用。華北地區(qū)為發(fā)展畝產(chǎn)噸糧田，夏玉米改種生育期較長的品種，冬小麥播種晚、播量大，春季肥水運籌就面臨難題，過量與不足都有減產(chǎn)的危險，倒伏威脅已成為關(guān)鍵難題。應(yīng)用20%甲·多微乳劑等可以有效控制旺長、防止倒伏，保障晚播小麥的高產(chǎn)。連作晚稻秧齡長、秧苗素質(zhì)差，移栽到本田后易倒伏和敗苗嚴(yán)重，這些問題曾經(jīng)是限制我國南方雙季稻發(fā)展的難題，多效唑的應(yīng)用有效解決了上述問題，為連作稻和中晚稻豐產(chǎn)創(chuàng)造了條件。用多效唑培育冬油菜壯苗，不僅解決了長江中下游地區(qū)“水稻—冬油菜”復(fù)種中的油菜“高腳苗”問題，提高了油菜籽產(chǎn)量，而且增強(qiáng)了油菜抗寒性，使這一復(fù)種模式的適用區(qū)域北移。在我國東北和西北地區(qū)種植冬小麥試驗中，植物生長調(diào)節(jié)劑在增加小麥抗寒性和越冬安全方面也顯示了良好效果，一旦成功，將會引起這些地區(qū)種植制度的重大變革。

4．精準(zhǔn)調(diào)控需要植物生長調(diào)節(jié)劑及其配套技術(shù)

20世紀(jì)60年代，半矮稈水稻和小麥品種的大面積推廣有效地解決了高產(chǎn)和倒伏的制約矛盾，使主要糧食作物的產(chǎn)量得到極大提高，在全世界范圍內(nèi)解決了由于人口快速增長對糧食安全帶來的嚴(yán)峻危機(jī)，這一歷程即為眾所周知的“綠色革命”。經(jīng)過了40多年的探索和研究，從分子水平上認(rèn)識到第一次“綠色革命”的本質(zhì)，水稻“綠色革命”基因SD1是控制水稻赤霉素合成途徑的關(guān)鍵酶基因，而小麥“綠色革命”基因Rhtl則是赤霉素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的關(guān)鍵元件DELLA蛋白基因。

近年來生物技術(shù)發(fā)展迅速，對植物基因調(diào)控、信號物質(zhì)研究、抗逆機(jī)理等研究發(fā)現(xiàn)，植物自身的調(diào)節(jié)能力和對逆境的適應(yīng)能力以及對病、蟲害的耐抗性能均可以通過一些激素類物質(zhì)或信號分子進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制。因此，結(jié)合生物技術(shù)的進(jìn)步，人們預(yù)測，通過化學(xué)處理和基因工程揭示激素調(diào)節(jié)對植物的控制，在靶標(biāo)發(fā)現(xiàn)及分子設(shè)計上突破，然后基于分子和基因水平進(jìn)行“靶標(biāo)”設(shè)計植物生長調(diào)節(jié)劑，其目的性、有效性、穩(wěn)定性更強(qiáng)，效率更高，則可成為改善產(chǎn)量、誘導(dǎo)對病害抗性和對生物/非生物逆境忍耐性的一把鑰匙。如基于抑制乙烯的保鮮劑，已經(jīng)開始針對乙烯生物合成、乙烯受體和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)等關(guān)鍵位點的關(guān)鍵蛋白或基因進(jìn)行分子設(shè)計和篩選。植物生長調(diào)節(jié)劑的應(yīng)用已成為現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的重要措施之一，在生產(chǎn)上的前景是不可估量的。作物化學(xué)調(diào)控在美國發(fā)展21世紀(jì)早期農(nóng)業(yè)技術(shù)白皮書中也被列為10項高新技術(shù)之一。