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腐植酸对残留农药向植物营养转化中的机理探讨

文章作者:周霞萍      发布日期:2013-9-11

(华东理工大学资源与环境工程学院 上海 200237)

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摘 要:针对药效、药害、残留等农药焦点问题,探讨低碳条件下草甘膦、喹啉酸等与腐植酸活性组分作用,形成生物活性肽、多糖衍生物转化为植物营养,促进三羧酸循环的机理;探讨新烟碱、拟除虫菊酯等在水解酶、氧化还原酶、聚合酶及辅酶作用下,脱硫、脱氰、脱氮再转化为特异性维生素、蛋白质类植物营养的自由基反应历程;对保障粮食、蔬果丰收,构建可持续发展的和谐社会有深远意义。

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关键词:残留农药 腐植酸 植物营养 转化机理

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中图分类号:S158.3,TQ314.1 文献标识码:A 文章编号:1671-9212(2013)02-0001-07

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Discussion on Interaction Mechanism of Humic Acid in the Conversion

of Residual Pesticide to Plant Nutrition

Zhou Xiaping

(College of Resources and Environment Engineering, East China University of Science and Technology,Shanghai, 200237)

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Abstract: Considering the focus of pharmacology, phytotoxicity and pesticide residues, this paper elaborated the convertion of glyphosate, quinolinic acid and humic acid active component to plant nutrition by forming bioactive peptides,polysaccharides and its derivatives, as well as the mechanism of promoting tricarboxylic acidradical reactions under the low-carbon condition. Moreover, this paper also described the process of radical reaction through which the new nicotine and pyrethroid converted to plant nutrion such as specific vitamin, protein by desulfurization, decyanation, denitrification with the help of hydrolase, oxide reductase, polymerase, and coenzyme. So it is significant to ensure the food security, fruits and vegetable harvest as well as sustainable development of harmonious society.

Key words: residual pesticides; humic acid; plant nutrition; transformation mechanism.

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    在人口增长、气候变化、人均耕地面积日益减少的中国乃至世界, 具有杀虫、杀菌、除草、植物生长调节功能的农药为保障粮食、蔬果增产发挥了不可替代的重要作用。因某些农药在防治土壤、植物病害虫的同时,会造成严重的食物链和环境污染,因此农药应用也成为世界最富争议的焦点问题。

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    农药的负面作用,促使世界范围内禁用、限用高毒农药(有机氯类、有机磷类),引导开发低毒的合成农药(拟除虫菊酯、新烟碱类、甾醇合成剂-三唑类),不断发现天然杀虫剂(杠柳、苦皮藤、印楝素等杀虫剂)、杀菌剂(芸香、烟碱、白僵菌等杀菌剂)、除草剂(植物源次生代谢产物、氨基酸-草甘膦类),但仍然存在生物农药品种少、疗效慢、难治突发性虫害,化学农药成本高、有抗药性等问题。

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    同位素是具有相同原子序数的同一化学元素的两种或多种原子之一,化学性质几乎相同但原子质量或质量数不同的化学名词。在自然界中天然存在同位素称为天然同位素,人工合成的同位素称为人造同位素。同位素有重要用途,如用O标记化合物可确证酯化反应的历程,I用于甲状腺吸碘机能的实验等。同位素标记法是研究农药在生物体内的生化作用机制、中间产物和代谢途径的主要技术手段。利用同位素研究在低碳条件下(水、微生物酶、营养物、光合作用),将农药转变成植物营养的机理,对发挥农药功能、保障农业丰收、优化生态环境,构建可持续发展的和谐社会具有深远的意义。

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1 天然腐植酸与生化腐植酸的营养构成与作用

    腐植酸包括天然腐植酸(泥炭、褐煤、风化煤)、氧化再生腐植酸、生化腐植酸、菌类腐植酸、土壤腐植酸等,是含羧基、酚羟基、醌基等多种官能团非均一的有机高分子物质。天然腐植酸主要是动、植物遗骸,是经过微生物分解、转化、地球化学的过程造成和积累起来的一类有机物质,有“植物转化”“化学聚合”“细胞组织自溶”“微生物合成”四种科学假说。天然泥炭腐植酸与植物的主要化学组成区别是蛋白质消失。依据植物生理代谢和生长是氧化-还原的周期循环规律,天然腐植酸的作用有以下几方面。

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    (1) 利用自身的活性功能团醌基-酚羟基的氧化还原转变,调节植物生长。

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    (2) 利用非醌羰基、硝基、醇羟基、氨基也可进行新陈代谢的氧化-还原反应。

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    (3) 作为H的受体影响植物的氧化还原,促进糖的积累。在缺氧条件下,天然腐植酸能促进三磷腺甙(ATP)的合成,或作为多酚供应源,起呼吸催化剂的作用。

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    (4) 含有甾类、萜类、α-萘乙酸、琥珀酸、肉桂酸、香豆酸、苯乙酸、阿魏酸等13类植物内源激素。

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    (5) 通过其羧基官能团,形成腐植酸钾、腐植酸磷、腐植酸锌、腐植酸硒、腐植酸硼、腐植酸钙、腐植酸铁等构成可控释植物的有机-无机复合营养。

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    (6) 运用其胶体、聚电解质、表面活性等物理性能作为固定化酶的载体,提高靶标酶活性,起到抗逆、渗透、保水、促进新陈代谢,保持植物营养的动态平衡。

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    (7) 光作用下,天然腐植酸分子中存在的自由基可与不少环境化合物(农药、化肥、金属离子、矿物等)作用,可对除草剂解毒,增加肥效等。 天然腐植酸营养体以肥料的形式在农业应用上硕果累累,但与化学农药、生物农药的协同作用,营养转化机理的探讨,还在不断深入中。

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有关更多内容敬请参阅《腐植酸》杂志2013年第2期专题评述之相关文章。

(责任编辑:张勇)


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