A. Muscolo， M. Sidari， S. Nardi著路艷艷吳欽泉洪丕征陳士更丁方軍，5*譯

（1 意大利雷焦卡拉布里亞地中海大學(xué)林業(yè)系 雷焦卡拉布里亞 89060 2 意大利帕多瓦大學(xué)農(nóng)業(yè)生物技術(shù)系 帕多瓦 35020 3 山東農(nóng)大肥業(yè)科技有限公司 泰安 271000 4 山東省腐植酸高效利用工程技術(shù)研究中心 泰安 271000 5 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院 泰安 271018）

腐殖質(zhì)結(jié)構(gòu)與活性關(guān)系研究

A. Muscolo1， M. Sidari1， S. Nardi2著路艷艷3，4吳欽泉3，4洪丕征3，4陳士更3，4丁方軍3，4，5*譯

（1 意大利雷焦卡拉布里亞地中海大學(xué)林業(yè)系 雷焦卡拉布里亞 89060 2 意大利帕多瓦大學(xué)農(nóng)業(yè)生物技術(shù)系 帕多瓦 35020 3 山東農(nóng)大肥業(yè)科技有限公司 泰安 271000 4 山東省腐植酸高效利用工程技術(shù)研究中心 泰安 271000 5 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院 泰安 271018）

腐殖質(zhì)（HS）的復(fù)雜性以及其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要作用，使有關(guān)HS的研究越來(lái)越受到科研人員的關(guān)注，多年來(lái)，帶來(lái)了其在物理化學(xué)、生物學(xué)及結(jié)構(gòu)性能等方面的新知識(shí)。然而，由于HS結(jié)構(gòu)與活性的關(guān)系難以確定，學(xué)者們對(duì)二者間的關(guān)系仍存在較大爭(zhēng)議。本研究表明，HS對(duì)植物生長(zhǎng)的影響取決于HS級(jí)分的來(lái)源、濃度、分子量等，以及包含其中的不同化合物。HS也顯示了類(lèi)激素活性，特別是類(lèi)生長(zhǎng)素活性。目前，這種類(lèi)生長(zhǎng)素活性是完全與HS的化學(xué)結(jié)構(gòu)相關(guān)，還是取決于微生物來(lái)源的激素，例如其中的吲哚乙酸（IAA），還不清楚?？傊?，HS對(duì)植物細(xì)胞生長(zhǎng)和發(fā)育是具有刺激作用的。我們將在本研究中對(duì)HS結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成與其對(duì)植物生長(zhǎng)和代謝的生理效應(yīng)間的關(guān)系進(jìn)行討論，尤其是描述植物對(duì)HS的應(yīng)答以及允許植物應(yīng)對(duì)HS的調(diào)節(jié)回路。此外，就目前的結(jié)果如何增加HS新的信息是廣泛討論的問(wèn)題。

植物生長(zhǎng)素 生物效應(yīng) 愈傷組織生長(zhǎng) 化學(xué)組成 腐殖質(zhì) 根系生長(zhǎng)

腐殖質(zhì)（HS）是復(fù)雜的、不均一的多分散材料混合物，是由植物和微生物殘骸在腐爛和轉(zhuǎn)化過(guò)程中通過(guò)生物、化學(xué)等反應(yīng)生成的（稱(chēng)為腐殖化過(guò)程）。植物木質(zhì)素及其轉(zhuǎn)化的物質(zhì)、多糖、黑色素、角質(zhì)、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、核酸、細(xì)炭顆粒等是腐殖化過(guò)程的重要組分。HS具有很高的化學(xué)活性，且不易被生物降解。大部分?jǐn)?shù)據(jù)指出，HS是由不同結(jié)構(gòu)和分子量組分組成的聚合體。一個(gè)給定HS樣品的結(jié)構(gòu)和功能取決于水或土壤資源、植被及提取的具體條件。

在過(guò)去200年間，學(xué)者對(duì)于“HS”這個(gè)物質(zhì)是一直存在科學(xué)爭(zhēng)議的，它是非常復(fù)雜的膠狀超級(jí)混合物，從未被分離成純組分。傳統(tǒng)意義上，HS是根據(jù)分子量及在不同pH水溶液中的溶解度來(lái)區(qū)分的，提取工藝上的微小差異可能導(dǎo)致提取物中活性組分的不同。HS是一種類(lèi)聚合體分子。由HS形成的圍繞不溶性礦物的雙層膜可使人聯(lián)想到生命體利用生化反應(yīng)的方式。許多學(xué)者認(rèn)為自組織（膠束）膠體階段就像細(xì)胞系統(tǒng)中的生物分子，具有非常相似的活性膜生物機(jī)制。pH的微小變化可導(dǎo)致HS聚合物斷裂為原始分子，這些斷裂的分子可以與其他自由基、重金屬和雜質(zhì)自由結(jié)合。HS由數(shù)百種不同大小的分子（多分散性）通過(guò)扭曲、彎曲、壓縮、擴(kuò)展等諸多不同的方式組合而成，在弱作用力下以較松弛的膠體狀態(tài)存在。溶液pH、濃度、金屬離子（特別是鈣離子）的存在會(huì)引起HS分子結(jié)構(gòu)的巨大改變。甚至輕微的改變會(huì)引起分子的數(shù)量級(jí)次序改變。對(duì)于HS來(lái)說(shuō)，其分子結(jié)構(gòu)的快速改變并不是唯一的，例如水分子，一秒鐘結(jié)構(gòu)改變10萬(wàn)億次。盡管水是一種極簡(jiǎn)單的分子，但是水分子在任何瞬間的結(jié)構(gòu)并不完全確定。早期的概念形成于聚合物科學(xué)的發(fā)展領(lǐng)域，例如Piccolo認(rèn)為HS是由隨機(jī)盤(pán)繞的大分子組成，這些大分子在堿性或低離子強(qiáng)度溶液中可延伸，但在酸性或高離子強(qiáng)度溶液中會(huì)變得卷曲。Swift支持這種HS“聚合物模型”，認(rèn)為HS中分子的加權(quán)平均分子量為20000～50000 Da。然而，近期使用光譜、顯微鏡、熱解和軟電離技術(shù)的研究結(jié)果與HS“聚合物模型”并不一致。對(duì)致力于HS形成和保存土壤過(guò)程的最新調(diào)查也對(duì)“聚合物模型”產(chǎn)生了質(zhì)疑。

因此，有些學(xué)者為HS提出了新定義，認(rèn)為HS是由許多相對(duì)較小和化學(xué)多樣性的有機(jī)分子通過(guò)氫鍵和疏水作用形成超分子聯(lián)合體。這個(gè)模型的一個(gè)推論是膠束結(jié)構(gòu)的概念，即在水溶液中的有機(jī)分子形成親水表面區(qū)域來(lái)屏蔽疏水的內(nèi)部與附近水分子的接觸。這些新模型強(qiáng)調(diào)的是分子間的相互作用，按慣例來(lái)講，傳統(tǒng)上通過(guò)去除密切相關(guān)的生物分子來(lái)純化HS，嘗試不成功很大程度上可能是被誤導(dǎo)的，而對(duì)傳統(tǒng)概念的經(jīng)驗(yàn)性替代可能更有意義。這個(gè)替代概念認(rèn)為所有分子與HS級(jí)分密切相關(guān)，包括必須通過(guò)化學(xué)性質(zhì)的重大改變才能去除的可識(shí)別生物分子。此外，HS級(jí)分中的酰胺態(tài)氮的普遍存在也暗示“聚合物模型”在自然系統(tǒng)中并不占主導(dǎo)作用。事實(shí)上，在“聚合物模型”中假定的關(guān)鍵合成反應(yīng)并不包括在HS形成中起作用的酰胺態(tài)氮官能團(tuán)。陸地上HS結(jié)構(gòu)的多樣性可歸因于生態(tài)系統(tǒng)資源利用模式的差異以及不同的外部干擾。

HS的高度復(fù)雜性的成因可能永遠(yuǎn)不會(huì)被揭開(kāi)，但是其顯著的功能會(huì)持續(xù)吸引科研人員去研究其結(jié)構(gòu)、物理化學(xué)及生物特性，以便這種天然復(fù)合物能在更多的生產(chǎn)實(shí)踐中得到應(yīng)用。

到目前為止，許多關(guān)于HS生物效應(yīng)的調(diào)查是有爭(zhēng)議的，這主要是由于缺乏對(duì)HS組成的詳細(xì)了解造成的，因而很難確定HS結(jié)構(gòu)組成與其活性之間的關(guān)系。

本研究目的在于綜述HS對(duì)植物影響的最新進(jìn)展，特別是對(duì)其在植物中的轉(zhuǎn)化機(jī)制研究，及如何將最新的科研成果應(yīng)用于分析其結(jié)構(gòu)和活性關(guān)系之中。

1　植物生理和代謝

研究認(rèn)為HS對(duì)植物生長(zhǎng)的影響主要取決于HS級(jí)分的來(lái)源、濃度、分子量等。

許多學(xué)者通過(guò)大量工作來(lái)確定HS中化合物的主要結(jié)構(gòu)，或者分子量影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育。為此，有關(guān)HS處理下的植物生長(zhǎng)、發(fā)育以及結(jié)構(gòu)的研究正日益增多。

Malcom，Mato和Pflug等的研究表明，羧基和羥基官能團(tuán)可能在決定HS活性方面起著主要作用，但是這2種官能團(tuán)是如何起作用的仍需進(jìn)一步研究。同時(shí)，HS的低分子量（LMW）組分異?；钴S，高分子量（HMW）組分具有殘余活力，反映了HS分子量的生物學(xué)活性。Visser研究發(fā)現(xiàn)，HS的LMW級(jí)分和黃腐酸（FA）具有較高的與金屬結(jié)合的能力，與HMW級(jí)分相比，因其具有較多的官能團(tuán)（特別是羧基和酚基），在改善植物營(yíng)養(yǎng)吸收和新陳代謝中發(fā)揮作用。LMW級(jí)分的有效性是分子量低和富含芳香基、羧基和酚基的結(jié)果。

Muscolo等通過(guò)研究證實(shí)了以上觀點(diǎn)：HS級(jí)分對(duì)胡蘿卜細(xì)胞培養(yǎng)的調(diào)控性能取決于高酸度（特別是羧基）與LMW的結(jié)合（表1）。與生長(zhǎng)素處理組和對(duì)照組相比，HS的LMW級(jí)分能顯著促進(jìn)胡蘿卜細(xì)胞的生長(zhǎng)和代謝活動(dòng)。Nardi等的研究表明，HS的LMW級(jí)分（具有高酸度、肽基和羰基碳基團(tuán)）顯著促進(jìn)了玉米幼苗對(duì)硝酸鹽的吸收，并且強(qiáng)烈地抑制了玉米微粒體中K+-ATP酶和H+的分泌（表2）。此外，他還發(fā)現(xiàn)羧基、芳香碳含量高的HS的LMW級(jí)分和肽基、羰基碳基團(tuán)含量高的HS的HMW級(jí)分對(duì)松屬2個(gè)樹(shù)種的代謝參數(shù)均產(chǎn)生了顯著的正效應(yīng)，這種現(xiàn)象表明，可能是化學(xué)組成而非分子量是這2個(gè)HS級(jí)分產(chǎn)生生理活性的原因（表3）。

表1　不同處理下胡蘿卜細(xì)胞生長(zhǎng)、蛋白質(zhì)含量、谷氨酰氨合成酶（GS）、谷氨酸脫氫酶（GDH）和蘋(píng)果酸脫氫酶（MDH）活性Tab.1 Cell growth， protein content， glutamine synthetase （GS）， glutamate dehydrogenase （GDH） and malate dehydrogenase （MDH） activities in carrot cells with different treatments

表2　HS的LMW級(jí)分處理對(duì)玉米幼苗鮮重、NO3-和K+吸收的影響Tab.2 A low molecular weight humic fraction （LMW） was tested on fresh weight， nitrate uptake and K+uptake in maize seedlings

表3　HS的LMW和HMW級(jí)分對(duì)樟子松幼苗根系的轉(zhuǎn)化酶、過(guò)氧物酶、酯酶活性的影響Tab.3 Effect of humic fractions with LMW and HMW on invertase， peroxidase and esterase activities in Pinus sylvestris seedling roots

已有許多學(xué)者做出如下假設(shè)：HS可能被植物根系吸附，即使HMW和LMW級(jí)分的行為似乎有所不同。這一假設(shè)與Nardi等的研究結(jié)果基本一致。其中Nardi等研究發(fā)現(xiàn)，HMW和LMW處理均提高了植物根系分化的速率，但HMW處理對(duì)植物根系分化的速率提高表現(xiàn)尤為顯著（圖1），它同時(shí)刺激了與植物生長(zhǎng)和分化相關(guān)酶的活性。在Sessi等的研究中表明，HS的LMW級(jí)分極大地促進(jìn)了植物對(duì)NO3-的吸收，而HMW物質(zhì)卻延緩了植物對(duì)NO3-的吸收速率。以上所有的不確定性使得許多學(xué)者基于分子大小來(lái)分離純化HS，以簡(jiǎn)化對(duì)HS生物活性的研究。

Nardi等通過(guò)將腐植酸（HA）分離為3個(gè)分子量遞減的級(jí)分來(lái)研究其結(jié)構(gòu)與生物活性的關(guān)系。結(jié)果表明，具有最少剛性分子構(gòu)象的最小分子量級(jí)分，木質(zhì)素部分含量最低，其他非木質(zhì)素芳香族化合物含量最大具有最強(qiáng)的生物效應(yīng)。所有這些結(jié)果可能歸因于HS可變的構(gòu)象結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)可促進(jìn)具有生物活性的HS組分在玉米細(xì)胞中更為有效地?cái)U(kuò)散。他的結(jié)果還表明，整體HA及其3個(gè)級(jí)分通過(guò)不同的方式影響了與糖酵解和三羧酸循環(huán)（TCA）相關(guān)酶的活性，而方式的不同取決于其分子大小、分子特性和濃度。

為了弄清HS的生物活性與其分子量和化學(xué)結(jié)構(gòu)的相關(guān)性，Muscolo等測(cè)定了2種從未經(jīng)耕作的毛草地和森林土壤中提取的HS，即在歐洲黑松阿諾德愈傷組織上分離出的低分子量（＜3500 Da）HS和高分子量（＞3500 Da）HS。用H核磁共振譜和漫反射紅外光譜對(duì)這2種HS進(jìn)行研究，結(jié)果表明，兩者之間差異較為顯著。在草地HS級(jí)分中檢測(cè)到大量脂肪類(lèi)和糖類(lèi)組分以及β-CH3部分，在森林HS級(jí)分中檢測(cè)到高含量甜菜堿、有機(jī)酸和COOH官能團(tuán)。同時(shí)，對(duì)草地和森林HS級(jí)分的生物活性也進(jìn)行了觀測(cè)（表4）。結(jié)果表明，這2種HS的不同生物活性可能與多種化學(xué)組分有關(guān)，而與不同的分子量無(wú)關(guān)。

表4　生長(zhǎng)素及森林或草地HS級(jí)分處理的黑松愈傷組織的生物量和相對(duì)生長(zhǎng)速率Tab.4 Biomass （expressed as percentage compared to control） and relative growth rate （RGR）of Pinus nigra callus exposed to different hormones and forest or grass humic fractions

Muscolo和Sidari嘗試更深入地研究HS化學(xué)組分和生物活性之間的關(guān)系。他們利用親和色譜，在弱堿性氨基樹(shù)脂中分離出HS的羧基和酚類(lèi)組分，分析了HS萃取物和級(jí)分的物理和化學(xué)特性，比較了不同條件下的歐洲黑松阿諾德愈傷組織生物效應(yīng)。研究表明，與HS酚基類(lèi)級(jí)分相比，未分級(jí)的HS和羧基級(jí)分的分子量更高、芳香性程度更大。利用13C核磁共振和漫反射紅外傅里葉變換光譜研究發(fā)現(xiàn)，HS羧基級(jí)分中含有低分子量木質(zhì)素、芳香族化合物和高含量的碳?xì)浠衔?。HS酚類(lèi)級(jí)分中含有具有抑制效果的高含量的脂肪酸和酚酸。相比之下，羧基級(jí)分促進(jìn)了愈傷組織的生長(zhǎng)，提高了酶活性。以上結(jié)果表明，HS級(jí)分具有積極的生物效應(yīng)，原因可能是其含有大量的氨基酸、碳水化合物和羧基基團(tuán)，以及低含量的酚酸和脂肪酸。

隨后Muscolo等研究了HS酚類(lèi)級(jí)分和羧基級(jí)分對(duì)擬南芥幼苗生長(zhǎng)的影響，研究結(jié)果表明，HS酚類(lèi)級(jí)分對(duì)幼苗生長(zhǎng)具有抑制作用，HS羧基級(jí)分對(duì)其無(wú)影響。結(jié)果還表明，HS對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育具有抑制效果的主要原因是其中高的酚酸和脂肪酸含量。

D，Orazio和Senesi對(duì)HS的結(jié)構(gòu)和活性關(guān)系的最新研究認(rèn)為，化學(xué)組分對(duì)植物生長(zhǎng)和代謝的生物效應(yīng)影響很大。HS的結(jié)構(gòu)和組分的差異似乎取決于植物種類(lèi)和生長(zhǎng)階段，這主要應(yīng)歸于部分并入到根際的HA，其為根分泌物，例如低分子量的氨基酸、酰胺、脂肪酸和芳香酸，多糖和糖類(lèi)、脂肪酸和甾醇類(lèi)、酶類(lèi)中的典型組分?？傊?，這些結(jié)果也表明，土壤環(huán)境中不同數(shù)量及種類(lèi)的HS化學(xué)組分可能導(dǎo)致每個(gè)HS的活性不同。此外，HS中的有機(jī)化合物及類(lèi)HS物質(zhì)直接或間接影響了植物活性，進(jìn)而防治了不同土傳病害引起的植物病害，特別是植物根際病害。

同樣，Litterick等和Loffredo等研究了HS在控制真菌生長(zhǎng)方面的功效，研究表明，HS的濃度、類(lèi)型及結(jié)構(gòu)和功能均可影響真菌生長(zhǎng)，HS的總酸度、羧基和構(gòu)成HS的化學(xué)元素等防治了真菌引起的植物病害。

總之，從表5中可以看出，采用不同提取方式制得、不同分子量和化學(xué)結(jié)構(gòu)的HS對(duì)不同植物的種子發(fā)芽、生長(zhǎng)和新陳代謝等方面均具有生物效應(yīng)。在不同實(shí)驗(yàn)條件下，HS活性主要與其化學(xué)結(jié)構(gòu)和組成有關(guān)。

表5　HS不同級(jí)分對(duì)不同植物種類(lèi)的生物活性研究和HS結(jié)構(gòu)與活性關(guān)系的假設(shè)Tab.5 Studies on biological activity of different humic fractions on different plant species， and hypothesis on relationship between structure-activity

2　根系形態(tài)

研究人員常研究土壤中HS及其級(jí)分對(duì)根系生長(zhǎng)的影響，主要是因?yàn)楦凳峭寥乐蠬S最先接觸的器官。Schmidt和Pinton等研究了水提取的HS（WEHS）對(duì)擬南芥根系生長(zhǎng)的影響，發(fā)現(xiàn)根毛長(zhǎng)度和密度顯著增加，異位根毛形成，根的基本組織細(xì)胞增殖。他們指出，WEHS通過(guò)增加根系的吸收表面積誘導(dǎo)了一個(gè)“營(yíng)養(yǎng)獲取反應(yīng)”，有利于營(yíng)養(yǎng)素的攝取。作者還進(jìn)一步證實(shí)了WEHS的應(yīng)用影響了決定表皮細(xì)胞命運(yùn)細(xì)節(jié)的相關(guān)基因，能夠改變根細(xì)胞分化早期階段的發(fā)育過(guò)程。在WEHS的存在下，編碼根毛細(xì)胞命運(yùn)的負(fù)調(diào)控因子，被明顯抑制。因此，HS的存在引起有序的根形態(tài)重構(gòu)，導(dǎo)致根系的吸收表面增加。隨后Tomasi等研究了在Fe的獲得和運(yùn)輸過(guò)程中WEHS的參與，結(jié)果表明，在某種程度上，F(xiàn)e和WEHS級(jí)分的絡(luò)合激活了Fe在葉片的獲得機(jī)制。Canellas等用交叉極化魔角旋轉(zhuǎn)核磁、電子順磁共振和HPSEC評(píng)估了巴西6種不同風(fēng)化程度的熱帶土壤對(duì)植物生長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)特性和生物活性的影響。HS表現(xiàn)出來(lái)的疏水性和酸性官能團(tuán)特性，對(duì)刺激植物生物活性有著良好的效果。Canellas等也研究了巴西7種熱帶和亞熱帶地區(qū)氧化土中HA對(duì)玉米幼苗根系生長(zhǎng)的影響，細(xì)胞質(zhì)膜中H+-ATP酶活性變化及在根細(xì)胞中的表現(xiàn)被認(rèn)為是HA生物活性的生理標(biāo)記，并且所有的HA促進(jìn)了根系生長(zhǎng)，提高了玉米囊泡中的質(zhì)子泵活性。與對(duì)照相比，一些HA處理促進(jìn)了根系生長(zhǎng)，也有一些HA處理增加了根系密度，這與HA疏水性密切相關(guān)。雖然HA的疏水性以協(xié)同方式進(jìn)行，但是HA分子大小和碳含量的關(guān)系是次要的。Loffredo等對(duì)不同土層中的HA進(jìn)行評(píng)價(jià)，表明土的類(lèi)型和濃度顯著促進(jìn)了盆栽胡椒草的發(fā)芽和苗期生長(zhǎng)，原因可能是上層土中縮聚HA富含C、H、N、酚羥基，使得HA具有疏水性，進(jìn)而促進(jìn)了根系生長(zhǎng)。

Muscolo等研究了森林土中的HS的羧基和酚類(lèi)級(jí)分對(duì)擬南芥幼苗生長(zhǎng)的影響。研究表明，與酚類(lèi)級(jí)分（FII）相比，普通HS（F0）和羧基級(jí)分（FI）具有較高的芳香性。其中FI級(jí)分中含有大量的羧基和總糖，F(xiàn)II級(jí)分中含有脂肪酸和酚酸。特別是高濃度的FII級(jí)分（5 mg·C/L）顯著抑制主次根系生長(zhǎng)，對(duì)植物表現(xiàn)出急性應(yīng)激。相反地，F(xiàn)I級(jí)分抑制了側(cè)根生長(zhǎng)，但與濃度不相關(guān)，表明FI級(jí)分主要是促進(jìn)根系伸長(zhǎng)，而不是增加側(cè)根數(shù)量。因而，HS級(jí)分具有不同生物效應(yīng)，其原因可能是HS組分、含量等不同，也可能是添加劑或抗體等單一化合物的交互作用所導(dǎo)致的。

3　類(lèi)生長(zhǎng)素活性

HS結(jié)構(gòu)和活性的復(fù)雜性也與其他分子有關(guān)，如微生物分解得到的吲哚乙酸（IAA），但還未確定HS與根細(xì)胞及植物生理和生長(zhǎng)的交互作用機(jī)制。有研究表明，HS對(duì)植物的積極生物效應(yīng)主要是因?yàn)槠漕?lèi)生長(zhǎng)素活性，但是這一假設(shè)還在討論中。

Muscolo等利用不同方法檢測(cè)了HS中IAA的特異性（表6），研究結(jié)果表明，特異性抗體和反IAA抗體能抑制HS的生物活性。同樣，在豆瓣菜的研究中也發(fā)現(xiàn)此規(guī)律（表7），IAA和HS均可顯著抑制根系生長(zhǎng)?？贵w與IAA-或HS級(jí)分抗原密切相關(guān)（表7）。HS的類(lèi)生長(zhǎng)素活性對(duì)細(xì)胞質(zhì)膜H+-ATP酶的影響或?qū)ξ⒘吭氐挠行允艿劫|(zhì)疑。這些結(jié)論沒(méi)有完全考慮到HS的復(fù)雜性。眾所周知，不同土壤中的植物生長(zhǎng)素含量不同，肥沃土壤中植物生長(zhǎng)素含量較高。在最新研究成果中得到了驗(yàn)證。Russell等研究了低含量游離IAA的2種分子量不同的蚯蚓HS級(jí)分，以及磷脂酶A2對(duì)豌豆突變銀葉的氣孔張開(kāi)的影響。這2種HS級(jí)分均能導(dǎo)致氣孔張開(kāi)，其用量和有效濃度一致。2種HS所導(dǎo)致的最大氣孔開(kāi)度一致，原因主要是IAA，其次是光線或殼梭孢素。磷脂酶A2的2種抑制劑選擇性阻塞IAA和HS影響下張開(kāi)的氣孔，而對(duì)光線或殼梭孢素影響下張開(kāi)的氣孔無(wú)影響?？傊参锷L(zhǎng)素和HS作用下的氣孔張開(kāi)與光線或殼梭孢素影響下磷脂酶A2的活化作用有關(guān)。研究認(rèn)為，不同分子量和IAA含量的HS級(jí)分均具有獨(dú)自的生物活性。

表6　HS中IAA含量的測(cè)定方法Tab.6 IAA detected in humic substance with analytical methods

表7　有、無(wú)IAA抗體條件下IAA和HS處理對(duì)豆瓣菜根系生長(zhǎng)的離體影響Tab.7 In vitro effects of IAA and humus both in presence and in absence of antibody anti-IAA on root growth of watercress

HA對(duì)植物根系發(fā)育產(chǎn)生影響，Dobbss等研究發(fā)現(xiàn)，相比對(duì)照組，添加HA顯著升高了擬南芥的側(cè)根數(shù)量。但是，同樣的處理并未對(duì)微型番茄產(chǎn)生顯著影響，這是由于這種番茄對(duì)生長(zhǎng)素不太敏感。這種現(xiàn)象被認(rèn)為是HA具有類(lèi)生長(zhǎng)素活性的佐證。然而，一些有機(jī)物級(jí)分除了提高側(cè)根數(shù)量，還可誘導(dǎo)增加主根的長(zhǎng)度，而對(duì)主根生長(zhǎng)的促進(jìn)作用并非是生長(zhǎng)素的典型效應(yīng)，說(shuō)明這些物質(zhì)中可能含有其他具有生理活性的物質(zhì)。

Schiavon等研究了一種含IAA（27 nmol/mg·C）的高分子量HS級(jí)分（＞3500 Da）對(duì)玉米苯丙烷代謝的影響。結(jié)果表明，隨著HS濃度的升高，HS顯著降低了苯基丙氨酸和酪氨酸含量，但顯著升高了酚類(lèi)化合物的含量，即，本研究中HS的影響可部分歸因于HS級(jí)分中含有的IAA，該HS級(jí)分顯著影響植物苯丙烷代謝等次生代謝，如IAA的一般作用。

Mora等做出了如下假設(shè)：HS對(duì)植物的影響主要涉及根系H+-ATP酶活性和硝酸鹽在根稍的分配，從而改變某些細(xì)胞分裂素、多胺和脫落酸在根稍的分配，最終對(duì)新稍生長(zhǎng)產(chǎn)生影響。上述影響與新稍中幾種細(xì)胞分裂素和多胺（主要是腐胺）含量升高根系中含量減少有關(guān)。

有證據(jù)表明，主體HS中植物生長(zhǎng)素的單一存在并不足以證明HS對(duì)植物的影響機(jī)理。鑒于此，一些學(xué)者做出了如下假設(shè)：在HS結(jié)構(gòu)中應(yīng)存在其他信號(hào)分子或者不同的代謝信使參與調(diào)控HS的效應(yīng)。一些相關(guān)的研究工作也在進(jìn)行。Mora等驗(yàn)證了細(xì)胞分裂素和脫落酸的參與機(jī)制，Zandonadi等對(duì)NO信號(hào)耦合到IAA的應(yīng)答進(jìn)行了研究。為了更好地闡明HS的類(lèi)生長(zhǎng)素活性，許多研究者采用了分子生物學(xué)技術(shù)。Trevisan等研究了HS對(duì)擬南芥?zhèn)雀纬傻纳镄?yīng)，并測(cè)定了HS中內(nèi)源IAA的含量；運(yùn)用遺傳和分子相結(jié)合的方法來(lái)確定HS在擬南芥?zhèn)雀纬蛇^(guò)程中所起到的類(lèi)生長(zhǎng)素活性。利用生長(zhǎng)素運(yùn)輸或者行動(dòng)的特定抑制劑獲得的數(shù)據(jù)表明，HS主要是通過(guò)其“生長(zhǎng)素活性”來(lái)誘導(dǎo)側(cè)根的形成。這些研究結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)了HS用于激活生長(zhǎng)素合成DR5∶∶GUS，以及增強(qiáng)早期生長(zhǎng)素應(yīng)答基因IAA19的轉(zhuǎn)錄。Trevisan等基于cDNA-AFLP標(biāo)記技術(shù)，通過(guò)轉(zhuǎn)錄組方法識(shí)別擬南芥中可能參與HS應(yīng)答機(jī)制的候選基因。研究結(jié)果表明，HS通過(guò)復(fù)雜的轉(zhuǎn)錄網(wǎng)絡(luò)對(duì)植物生理產(chǎn)生影響?；谡w的轉(zhuǎn)錄組結(jié)果，做出了如下假設(shè)：HS是通過(guò)一個(gè)多方面的作用機(jī)制來(lái)發(fā)揮其功能，部分與其很好的類(lèi)生長(zhǎng)素活性相關(guān)，也包括獨(dú)立于IAA的信號(hào)通路。

4　結(jié)論

最初，眾多有關(guān)HS生物活性的結(jié)果和調(diào)查存在爭(zhēng)議，但經(jīng)過(guò)更為深入的研究之后，HS的生物活性得到了明確的結(jié)果。顯然，HS中生長(zhǎng)素的單一存在并不能充分證明其生物反應(yīng)。鑒于此，一些學(xué)者做出了如下假設(shè)：在HS結(jié)構(gòu)中應(yīng)存在其他信號(hào)分子或者不同的代謝信使參與調(diào)控HS的效應(yīng)。

除HS級(jí)分的疏水性和柔性構(gòu)象結(jié)構(gòu)之外，HS的正生物效應(yīng)也與其化學(xué)組分密切相關(guān)，特別是官能團(tuán)、碳水化合物含量、類(lèi)糖組分、低含量木質(zhì)素、低含量酚酸和脂肪酸、大量的其他非木質(zhì)素芳香族化合物等。為了闡明HS中分子間相互作用和建立HS活性與其結(jié)構(gòu)更為準(zhǔn)確的關(guān)系，還需要進(jìn)一步深入研究。

（略）

譯自：Journal of Geochemical Exploration，2013，129：57～63。

Humic Substance： Relationship between Structure and Activity

A. Muscolo1， M. Sidari1， S. Nardi2write Lu Yanyan3，4， Wu qinquan3，4， Hong Pizheng3，4， Chen shigeng3，4， Ding fangjun3，4，5*translate

（1 Dipartimento di Gestione dei Sistemi Agrarie Forestali， Università degli Studi “Mediterranea” di Reggio Calabria in Italy， Reggio Calabria， 89060 2 Dipartimento di Biotecnologie Agrarie， Università di Padova in Italy， Padova， 35020 3 Shandong Agricultural University Fertilizer Science & Technology Co.， Ltd.， Tai'an， 271000 4 Engineering and Technology Research Center of High Efficient Utilization of Humic Acid of Shandong Province，Tai'an， 271000 5 College of Resources and Environment， Shandong Agricultural University， Tai'an， 271018）

The complexity of humic substances （HS） and their remarkable properties in agricultural applications has attracted and continue to attain the attention of many investigators， bringing over the years new knowledge on their structure， physicochemical and biological properties. Nevertheless， the numerous studies produced controversial results because of the difficulty to identify a precise relationship between the structure and the activity of these substances. Evidences presented here showed that the effects of HS on plant growth depends on the source， concentration and molecular weight of humic fractions and mainly on different chemical compounds contained into them. Humic matterappears also to display a hormone-like activity in particular an auxin like activity. It is not clear if this activity is strictly linked to the chemical structure of HS or whether it depends on hormones of microbial origin such as indole acetic acid entrapped into them. In any case， HS exhibit stimulatory effects on plant cell growth and development. In this review，the relationship between humic substance structure， chemical composition and physiological effects on plant growth and metabolism are examined. In particular， the responses of plants to humic substances are described， as well as the regulatory circuits that allow plants to cope with humus. Furthermore， how the present findings can add new information to the humic substances issue is widely discussed.

auxin； biological effects； callus growth； chemical composition； humic substances； root growth

S153.6+22

A

1671-9212（2016）05-0038-08

2015-09-30

路艷艷，女，1990年生，碩士，主要研究方向?yàn)樾滦头柿涎邪l(fā)、肥料應(yīng)用技術(shù)研究。*通訊聯(lián)系人：丁方軍，男，教授，E-mail：sdndfyjs@163.com。