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      腐植酸的活性探討
      發表時間:2021-01-06     閱讀次數:     字體:【

      腐植酸的活性探討

      許恩光

      (黑龍江省林業科學院 哈爾濱 150081)

      摘 要:腐植酸是有活性的有機質,其活性是連結大農業、大工業、大醫藥、大環境的紐帶,抓住這個紐帶就 能更深入了解腐植酸的多功能,更好地利用它為低碳經濟服務。探討有活性的有機質形成,可以促使我們在開 發腐植酸各種產品上注入新的思維,不斷創新,開拓腐植酸發展的新局面。 關鍵詞:腐植酸 活性 有機質 低碳經濟 創新 中圖分類號:TQ314.1 文獻標識碼:A 文章編號:1671-9212(2013)03-0001-05 Preliminary Study on the Activity of Humic Acid Xu Enguang (Heilongjiang Academy of Forestry, Harbin, 150081) Abstract: Humic acid is an active organic matter, and its activity is a link among large agriculture, large industry, large medicine, and large environment. Catching the ties would be helpful to understanding multifunction of humic acid, and serving for low-carbon economy. Researching the formation of active organic matter could promote to explore a various of new humic acid products, and exploit the new situation of humic acid development. Key words: humic acid; activity; organic matter; low-carbon economy; innovation

      中國腐植酸工業協會提出腐植酸為大農業、 大工業、大醫藥、大環境服務的思想,是腐植酸 行業大發展的一個重要里程碑。腐植酸的一系列 農資產品,為我國農業科技現代化提供了廣闊的 發展空間和發展前景。大工業、大醫藥、大環境 的服務思想,鼓舞了腐植酸行業奮勇拼搏,開創 新局面的決心與信心。怎樣能把“四大”服務做 得更好,體現腐植酸在“四大”服務中的核心作 用以及它們之間的關系是什么,這是腐植酸行業 需要深思的問題?,F將我的想法作一論述。

      1 腐植酸及其活性 腐植酸是一種有靈性的物質,概括說是有活 性的有機質,關鍵詞是“活性”二字。腐植酸的 活性應從生物大分子碳骨架的分解、聚合等過程 中來了解。

      1.1 什么是活性 所謂活性是指影響或改變物質與物質之間相 互作用的能力,它包括3種:一是生物活性是指物 質在生物代謝中起到影響或改變生物生理與代謝 的能力,如對生命活動的調控,對有害生物生理 機制的干擾與防治作用[1];二是指物質官能團之 間,不同化學鍵相互作用引起物質在性能上改變 的能力,包括各金屬元素的活潑性及與各類物質 之間的不同化學反應[2];三是綜合活性,包括生物 活性與化學活性于一體的活性,最突出的是生物 腐植酸,不但具有腐植酸的物化性能,還具有功 能菌的作用[3]?;钚缘拇笮τ谏锖头巧? 質的影響變化大小是相對應的,活性大的影響變 化大,反之影響變化小。腐植酸的活性是綜合活 性,當它用于不同物體如生命與非生命物質時, [收稿日期]2012-04-15 [作者簡介]許恩光,男,1939年生,黑龍江省林業科學院研究員。主要從事農藥、植物生長調節劑以及腐植酸類農藥的研 究和開發。E-mail:fuxiang54@sohu.com。 DOI:10.19451/j.cnki.issn1671-9212.2013.03.002 專題評述 2 腐植酸 2013 年第 3 期 具有明顯的選擇性,這正是腐植酸靈性的體現, 可以認為具有智能性。

      1.2 腐植酸的活性在“四大”中的具體表現 1.2.1 大農業 在大農業中,腐植酸主要表現在生物活性方 面,這可以從農作物生理代謝過程中體現。 (1) 影響植物特別是農作物的呼吸作用。呼 吸作用被認為是生命的標志,呼吸停止,生命就 終結,死亡突現。呼吸作用實質是一系列的氧化 還原反應。北京大學梅慧生教授[4]指出,腐植酸 分子中的酚醌互相轉化的結構,使其自身形成一 個氧化還原體系,促進細胞呼吸,加速新陳代 謝,對機體的生理功能進行調節。這實質上是一 個電子得失過程。如C3植物的呼吸代謝的三羧 酸循環中,可以見到的一系列酶促反應中電子傳 遞鏈的作用就是證明。酶促反應增強了生物的生 命力,目前已經了解腐植酸可以影響植物體中的 酶活性,包括超氧物歧化酶(S O D)、過氧化氫酶 (CAT)、過氧化物酶(P O D)、多酚氧化酶等200多 種酶[5]。由于腐植酸分子結構中含有氨基酸和蛋白 質,因此也具有類似酶的特性。 腐植酸還具有多種植物激素的作用,很多酶 受到極微量且具有生理活性的分子調控、激素傳遞 信息等調控。鄭平先生指出,腐植酸具有植物生長 調節作用[6],一些資料表明,腐植酸具有類似生長 素、赤霉素、細胞分裂素與脫落酸的作用[7-9],他 們對多條代謝途徑進行調節,其中包括呼吸作用 與光合作用。 (2) 影響植物光合作用。 光合作用是通過植物細胞中葉綠體內的葉綠 素進行,其作用分子式為: nH2O+nCO2 (CH2O)n+nO2 葉綠體是葉綠素的載體,葉綠素是光合色 素,對光能的吸收和利用具有重要作用,是光合 作用的核心。腐植酸促進植物對礦質元素的吸收 和運轉,使葉片中葉綠素含量顯著增加,并能提 高保護酶的活性,減輕活性氧對葉綠素的破壞, 從而促進光合作用,提高光合產物的累積。植物 光合作用C3途徑中的卡爾文環中發現,無論是光 合作用中的酶活性還是電子傳遞鏈的功效,都可 能受到腐植酸或黃腐酸的直接與間接影響[6]。 (3) 影響水分代謝。 早在1996年,許旭旦等[10]的論文中已對腐植 酸的節水抗旱作用做了詳細的論述:第一,腐植 酸、黃腐酸通過刺激植物體內酶的活性,催化植 物體內的細胞,加速水分和養分的吸收,以及降 低葉片水勢,增強滲透壓等代謝活動,刺激植株 在生理上適應旱寒生存環境;第二,它能抑制保 衛細胞中鉀的積累,提高其自身保水能力;第 三,增強植物根系活動。 綜上所述,腐植酸在植物呼吸作用、光合作 用、水分蒸騰等3個重要代謝中,全面地調控植物 生長與發育,充分體現了其生物活性與效益,把 大農業的發展在適應農業現代化進程上又上了一 個臺階。大農業中腐植酸的活性在它調控作物的 重要代謝過程中展現,具體表現是腐植酸農資系 列產品的功能。

      1.2.2 大工業 在大工業中,腐植酸的活性是以化學活性為 主。主要體現腐植酸作為溶劑、吸附劑、表面活 性劑、離子交換劑、氧化還原劑等綠色工業助劑 功能[11]。 這些功能與腐植酸具有多種官能團有密切的 關系,這些官能團包括羧基、酚羥基、羥基、甲 氧基、氨基、巰基等。各種官能團及其在分子中 的三維空間賦予了其大分子特定的化學性質與活 性功能[12]。 官能團的化學特性主要體現在與其他物質 的反應類型,包括氧化反應、還原反應、基團轉 移反應、消除反應、異構化反應、縮合反應、水 解反應、分子重排反應,合成反應,與烷基化反 應,以及其他系列反應等[11]。 官能團之間的反應主要表現在化學鍵上,其 中共價鍵和官能團是決定其理化性質與生物功能 的核心。腐植酸分子中各種官能團和原子在空間 的排列位置對其化學性能與功能有重要影響。 太陽光 葉綠素 專題評述 3 2013 年第 3 期 腐植酸 腐植酸的分子有不同的構象。構象的實質是 非鍵合原子或基團的相互作用。這種相互作用是 由于相鄰碳、原子或基團之間的距離小于范德華 半徑而產生的斥力所致,結果引起兩個非鍵合原 子基團在空間相互位置不同,從而產生不同的空 間排列關系,即不同構象[12]。 氫鍵對腐植酸大分子的理化性質也有重要 影響。酶催化作用與氫鍵也有極重要的關系,氫 鍵使其保持適合與底物結合的構型,在反應進程 中,通過氫鍵促進反應進行[12]。 此外,腐植酸分子中還廣泛存在配位鍵、離 子鍵、疏水與親水基團等,他們對物質之間作用 也有重要影響。 我們探討大工業領域腐植酸的活性,應當利 用有機化學的基本原理去破解他們的作用機理, 以便指導我們在大工業上更好地利用腐植酸多功 能效應。

      1.2.3 大醫藥 腐植酸在大醫藥上體現的是綜合活性,包括 化學活性與生物活性。這種綜合活性在醫學上的 作用(功能)是增強人體免疫能力。 從大量實踐上看,腐植酸具有抗菌、抗病 毒、消炎、止血、止疼、收斂、抗滲出、去腐生 肌的作用,對多種疾病(如心血管病、腸胃道病、 婦科病、皮膚病等)都有治療作用,其中很多是生 化反應,即所謂的化學活性。而提高人體免疫力 是腐植酸在醫藥上的最高效益體現。在臨床上不 論作為治療藥物還是藥劑的穩定劑,都具有廣闊 的應用前景[1]。 腐植酸在醫學上的活性,可以用中醫的觀 點來比較,由于腐植酸是大分子有機混合物復合 體,我們可以截取其中的有用片段,作為中醫配 方的活性成分,與中藥復配后,他們的綜合生物 活性就能很突出地表現出來。 一方水土養一方人。不同地區其水體質量都 有差別,尤其是水中金屬元素與腐植酸的差異對 人體健康有很大影響。好山好水好土壤會養出健 康人群,窮山惡水就會養出弱勢人群。用泥炭腐 植酸治療慢性病,已是人們生活中的重要保健措 施,人們的生活也越來越離不開腐植酸。 雖然目前腐植酸在醫學上許多機理仍不清 楚,但是試驗和臨床效果很好,早已得到國內外 醫學界的認可在醫學上,“烏金”時代已經開 始。腐植酸類物質與中醫一樣是人類醫藥寶庫中 的重要一員。

      1.2.4 大環境 腐植酸應用在大環境中,體現出多功能的綜 合活性,其功能包括修復水體、修復土壤、修復 大氣。實際上,腐植酸是自然凈化力的重要組成 部分。 (1) 修復水體。水體污染一是外來有機化合物 污染,二是重金屬過多造成水生生物滅絕,三是 水體富營養化產生有害微生物侵入水體,造成水 生生物異常、生態畸形,如水葫蘆、紅藻等的大 面積發生。利用生物腐植酸的有益微生物可以抑 制有害微生物;利用腐植酸的膠體性能,可以吸 附與粘合有害物質,約束有害物質的危害等。 (2) 修復土壤。土壤的鹽堿化、荒漠化使土壤 結構受到嚴重破壞喪失保水、保肥的功能。利用 腐植酸的有機質與膠體特性可以維護土壤的團粒 結構、保持土壤中的肥分,腐植酸的生物活性可 促進植物生長,尤其是根系發育,能更好地固定 土壤,減少水土流失。日本、新加坡等規定,每 年必須在耕地中加施腐植酸類物質,此法能夠增 加土壤中有機質,也是修復土壤的重要手段。 (3) 修復生態。修復生態主要是減少人為對生 態系統的干擾,增加土壤肥力??梢酝ㄟ^人工施 肥也可利用休閑與封山育林達到此目的,也可以 施用生物肥、有機無機復混肥和改進耕作方法, 提倡免耕等,都有利于土壤中腐植酸的維護與再 生。環境修復要求人們善待腐植酸,合理利用土 地中的腐植酸。 綜上所述,大農業、大工業、大醫藥、大環 境的紐帶是腐植酸的活性,即有活性的有機質, 它的表現形式多樣,它的活性調控了大農業,促 使作物速生豐產;調控了大工業,使綠色工業大 發展;調控了大醫藥,使人類更健康;調控了大 環境,使山更綠、水更清、天更藍。 專題評述 4 腐植酸 2013 年第 3 期 2 構成腐植酸活性物質的形成途徑 腐植酸活性的形成需要一定的條件,即要求 一定的物質基礎。

      2.1 有機質的形成 在生物體中含量最多的是四種元素,碳、 氫、氧、氮,他們占細胞干重的99%,其中碳元素 占細胞干重的1/2,腐植酸及其衍生物(主要是植 物遺骸)是大小分子的碳骨架構型。所謂有機化學 主要是研究碳氫化合物及其衍生物,因此也是研 究腐植酸化學的基礎。

      2.2 氨的形成 固氮菌可以將空氣中的氮生成氨,供植物吸 收利用,其分子式N2+3H2 2NH3。這個過 程也可在高壓高溫下形成,也可由蛋白質、氨基 酸分解產生。

      2.3 氨基酸的形成 植物遺骸的大分子碳骨架構型,經分解形成 小分子有機酸,如α-酮戊二酸、丙酮酸等。這 些小分子有機酸與氨結合就可形成氨基酸(如谷氨 酸、丙氨酸等)。氨基酸在一定條件下,可以從一 種氨基酸轉變成另一種氨基酸,如蘇氨酸或絲氨 酸可以轉化成甘氨酸,由色氨酸或胱氨酸可以生 成丙氨酸,由谷氨酸可以生成脯氨酸等。從而形 成多種氨基酸,為蛋白質的形成打下基礎。

      2.4 蛋白質的形成 生物中所有蛋白質都是相同的20種氨基酸組 成:它具有生物活性,主要指酶的催化作用及其 生理活性等。其中,氨基酸結合的排序不同對其 活性影響最大。 以下經一系列化學反應展示了腐植酸的生物 活性形成過程。生物大分子碳骨架構型 分解 小分子有機酸 加氨基 氨基酸 轉化 形成多種 氨基酸 合成 蛋白質 全酶 (與腐植酸絡 合)生成有生物活性的腐植酸。 生物大分子碳骨架構型 分解 小分子有 機酸 聚合 不同分子大小有機質 組合成腐植酸組 分(黃腐酸、棕腐酸、黑腐酸) 復合 形成具有多種 官能團的腐植酸 形成化學活性。 以上2種活性均在腐植酸高聚體混合物中,因 此腐植酸具有綜合活性,我們可以通過生物腐植 酸與煤炭腐植酸的形成過程作進一步了解。

      3 腐植酸活性的變化與增加活性的途徑 腐植酸的活性因其組分、來源的不同也不盡 相同。生物腐植酸由于發酵工藝、原料的差別, 活性也是不同,而且變化很大,因此選擇活性高 又相對穩定的腐植酸特別重要。

      3.1 腐植酸活性的變化 活性由小變大主要在腐植酸分子的構象上要 有3個變化。一是含氧官能團增加,二是分子量變 小,三是在分子構建中加上含氮化合物。成紹鑫 的研究成果表明,利用化學手段將大分子腐植酸 打斷成為小分子腐植酸,從而大大提高活性,是 典型的分子活化范例[13]。

      3.2 通過改變腐植酸組分的比例提高腐植酸活性 腐植酸按在溶劑中的溶解性和顏色分類,可 分為黃腐酸、棕腐酸、黑腐酸。在肥料中適當增 加黃腐酸的比例,有助于腐植酸活性提高,可以 認為黃腐酸是腐植酸天然激素的主要構成部分, 特別是在抗旱功能方面尤為突出,黃腐酸加上棕 腐酸是腐植酸肥料的主要組成部分,而棕腐酸與 黑腐酸主要構成土壤改良劑、起到緩釋作用的重 要成分。以上3個組分的活性由高到低,但都有生 物活性,這是與無活性有機質的根本區別。

      3.3 通過組合腐植酸提高其活性來實現 各地生產的腐植酸在官能團的種類以及3個組 分比例上均不一樣,如此合理組合可以提高腐植 酸的活性。 腐植酸活性的提高還利用腐植酸的親和力, 尤其是黃腐酸與活性大的代謝中間產物H a r pi n蛋 白絡合,可以構建更高活性的腐植酸產品。 總之,活性是腐植酸的根。具有活性才能體 現功能,才可以調控生物代謝與非生命物之間的 相互作用,甚至調控環境。認識腐植酸活性的形 成,對于提高腐植酸的功效與改善物質的相互作 用具有重要意義。 輔基 輔酶 輔基 輔酶 專題評述 5 2013 年第 3 期 腐植酸 4 腐植酸活性與低碳經濟的關系 低碳經濟是用碳排放量來衡量一個社會經濟 發展的水平,它包括效益、成本及核算等,所以 具有高效能、低消耗、環保等特點。 (1) 碳排放要從源頭抓起,其中腐植酸作為一 個以碳為骨架的高聚體混合物,它在固碳、排碳 與碳的循環利用上都起到重要作用。 (2) 通過各種途徑提高腐植酸的活性,實際上 就是提高了含碳化合物的活性與功效,活化了碳 骨架化合物的作用,這是一項重大的貢獻,也是 有機碳合理高效利用的重要途徑。 (3) 為大農業、大工業、大醫藥、大環境服務 的思想,指明了腐植酸與低碳經濟的內在聯系, 起到畫龍點睛的作用。腐植酸活性的提高可以認 為是牽了牛鼻子,使腐植酸行業有更好的發展前 景。腐植酸托起低碳經濟的一片藍天,讓人民生 活更幸福、社會更和諧、明天更美好。

      參考文獻 許恩光 編.腐植酸類綠色環保農藥[M].北京:化學工 業出版社,2007:29~75 張彩鳳.煤基酸與農藥相互作用的研究[M].北京:科 [ 1 ] [ 2 ] 學出版社,2003:1~50 李瑞波,吳少全 主編.生物腐植酸肥料生產與應用 [M].北京:化學工業出版社,2011:1~14 梅慧生,楊玉明,張淑遠,等。腐植酸鈉對植物生 長的刺激作用[J].植物生理學報,1980,6(2):133~ 140 王統正.腐植酸肥料及其在蔬菜栽培上的應用[J].上海 化工,2002:31 鄭平,樊淑文.腐植酸的植物生長調節作用[J].江西腐 植酸,1981:1~3 陳玉玲.腐植酸對植物生理活動的影響[J].腐植酸, 2002,3:14 都昌杰.泥炭黃腐酸植物生長素增產效果[J].腐植酸, 1998,3:16 楊曉玲.BFA浸種對小麥幼苗生長及干旱時的生理影 響[J].河北農業技術師范學院學報,1996,10(2):27 [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] 許旭旦.黃腐酸(FA)研究的意義與成就[J].腐植酸, 1996,(1):34~36 陳宏博,李忠義 主編.生物有機化學[M].大連:大 連理工大學出版社,2011,5:2~4 新疆雙龍腐植酸有限公司.節水農業新的生力軍[J]. 腐植酸,2011,(1) 成紹鑫.腐植酸類物質概論[M].北京:化學工業出版 社,2007

       
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