腐植酸的組成結(jié)構(gòu)及其對(duì)作物根系調(diào)控的研究進(jìn)展

周麗平，袁 亮，趙秉強(qiáng)*，李燕婷，張水勤

（1 天津市農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，天津 300192；2 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部植物營(yíng)養(yǎng)與肥料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，北京 100081）

腐植酸是動(dòng)植物遺骸經(jīng)過(guò)微生物的分解和轉(zhuǎn)化，以及地球化學(xué)、物理的一系列變化過(guò)程而形成積累起來(lái)的一類(lèi)具有多種官能團(tuán)的大分子有機(jī)弱酸混合物[1–2]。它能夠調(diào)控肥料的釋放和轉(zhuǎn)化，改善肥料理化性狀，刺激根系生長(zhǎng)，提高根系對(duì)養(yǎng)分的吸收，進(jìn)而提高作物產(chǎn)量和肥料利用率，減少施肥帶來(lái)的環(huán)境壓力。因此，腐植酸被用于制備綠色高效肥料新產(chǎn)品，以更好地調(diào)控根系的吸收功能，大幅度提高肥料利用率[3–5]。

腐植酸的生物活性與其結(jié)構(gòu)息息相關(guān)，不同結(jié)構(gòu)的腐植酸對(duì)植物生長(zhǎng)的原生代謝和次生代謝過(guò)程調(diào)控效果不同。從堆肥材料中分離出的腐植酸富含羧基基團(tuán)和疏水結(jié)構(gòu)[6]，從蚯蚓糞中提取的腐殖質(zhì)疏水性結(jié)構(gòu)較為明顯[7]，風(fēng)化煤中提取的腐植酸能增加玉米根系碳水化合物、蛋白質(zhì)、多肽和氨基酸類(lèi)物質(zhì)的含量，減少其在莖中的積累[8]。施用純化的褐煤腐植酸可改變黃瓜主要生理根對(duì)缺鐵響應(yīng)的轉(zhuǎn)錄調(diào)控[9]，腐植酸與根細(xì)胞壁相互作用可以降低根際的導(dǎo)水率[10]。Piccolo等[11]、Nardi等[12–13]認(rèn)為聚合程度低、分子量小的腐植酸可增加玉米根表面積，提高玉米根系H+-ATP酶和H+-PPase酶的活力，而Canellas等[14]、Zandonadi等[15]認(rèn)為聚合程度高、分子量大的腐植酸有助于提高玉米根系H+-ATP酶和H+-PPase酶的活力。因此，需要進(jìn)一步深入研究腐植酸的結(jié)構(gòu)與其生物活性之間的關(guān)系。

1 腐植酸的組成與結(jié)構(gòu)

1.1 腐植酸的組成

腐植酸因其來(lái)源、形成方式的不同，可以分為天然腐植酸和人工腐植酸。天然腐植酸包括土壤腐植酸、水體腐植酸、煤類(lèi)腐植酸；人工腐植酸包括生物發(fā)酵腐植酸、化學(xué)合成腐植酸和氧化再生腐植酸。以來(lái)源方式又可分為原生腐植酸、再生腐植酸和合成腐植酸[16]。腐植酸主要由C、H、O、N和S等元素構(gòu)成，C和O兩種元素的含量范圍分別為42%～67%和25%～45%，遠(yuǎn)高于H、N和S。腐植酸還含有少量的Ca、Mg、Fe和Si等元素[17]，腐植酸的元素組成與其形成時(shí)的環(huán)境條件(尤其是前體)關(guān)系很大[18]。腐植酸的元素摩爾比可表征其芳香度和氧化程度，C/H值越大，芳香度越高，不飽和度越高；O/C值越大，氧化程度越高。泥炭腐植酸的氧化度不高，但是其縮合度卻比豬糞腐植酸高得多。腐植酸是多價(jià)酚型芳香族化合物與氮化合物的縮聚物，由幾百種有機(jī)化合物組成[19]，其裂解產(chǎn)物主要有烷烴類(lèi)、飽和醇類(lèi)、非飽和線性醇類(lèi)和吡啶類(lèi)等[20–21]，這些化合物來(lái)源于碳水化合物、脂類(lèi)、蛋白質(zhì)和木質(zhì)素等。腐植酸的主要成分是芳香酸和甲基化酚，芳香衍生物主要是苯二羧酸二甲基酯，是由木質(zhì)素的側(cè)鏈經(jīng)微生物氧化降解生成，甲基化酚主要來(lái)源于木質(zhì)素[22–24]。腐植酸形成機(jī)制基于3個(gè)主要理論[17]，分別為氨基糖縮合理論、多酚理論和木質(zhì)素理論(圖1)。在腐植酸形成過(guò)程中，植物殘?bào)w經(jīng)過(guò)微生物的分解可以產(chǎn)生糖類(lèi)、氨基化合物、多酚、木質(zhì)素降解物等，這些物質(zhì)通過(guò)物理和化學(xué)鍵相互結(jié)合形成腐殖物質(zhì)，因此，腐植酸裂解產(chǎn)物中才會(huì)有較多的含氮化合物(主要是雜環(huán)和脂環(huán)化合物)、脂肪族化合物(主要是烴類(lèi)、一元羧酸和二元羧酸的甲基化酯)、木質(zhì)素產(chǎn)物(主要是甲基化酚)、碳水化合物(糖類(lèi))和芳香族化合物(腐植酸的基本組成構(gòu)架，由羧基、羥基等連接在苯環(huán)上形成)等[20]。此外，腐植酸的熱解曲線也顯示出腐植酸的物質(zhì)組成。當(dāng)高溫處理時(shí)，腐植酸產(chǎn)生因多糖降解、酸基脫羧和脂肪醇脫水，氮化合物和長(zhǎng)鏈碳?xì)浠衔锏姆纸?，芳香族結(jié)構(gòu)的燃燒和C—C鍵解離的放熱峰[25]。

圖1 腐殖物質(zhì)形成機(jī)制[17]Fig. 1 Mechanisms for the formation of humic substances

1.2 腐植酸的結(jié)構(gòu)

腐植酸的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、組成多樣，是不均一且多分散混合物，因此，無(wú)法準(zhǔn)確表征其結(jié)構(gòu)，只能采用化學(xué)分析、光譜分析和物理學(xué)分析等來(lái)描述其主要結(jié)構(gòu)特征[21]。研究腐植酸結(jié)構(gòu)的方法有破壞性和非破壞性?xún)深?lèi)。破壞性方法主要有化學(xué)滴定法、紫外-可見(jiàn)光譜法、熱解、降解和快速原子轟擊質(zhì)譜、凝膠滲透色譜法、尺寸排阻色譜法、X射線散射法、超速離心法、氣相滲透壓法、冰點(diǎn)降低法和質(zhì)譜法[21]?；瘜W(xué)滴定法可用于測(cè)定腐植酸的含氧官能團(tuán)和絮凝限度，紫外–可見(jiàn)光譜法可用于測(cè)定腐植酸的E4/E6值，熱解、降解和快速原子轟擊質(zhì)譜可用于測(cè)定腐植酸的物質(zhì)組成，熱解過(guò)程中可加入四甲基氫氧化銨以增加對(duì)腐植酸極性基團(tuán)的保護(hù)[18]，凝膠滲透色譜法、尺寸排阻色譜法、X射線散射法、超速離心法、氣相滲透壓法、冰點(diǎn)降低法和質(zhì)譜法用于測(cè)定腐植酸的相對(duì)分子質(zhì)量，而凝膠滲透色譜法和尺寸排阻色譜法用于測(cè)定腐植酸的表觀相對(duì)分子質(zhì)量。非破壞性方法主要有核磁共振、漫反射傅里葉變換紅外光譜、表面加強(qiáng)拉曼光譜、X射線吸收近邊結(jié)構(gòu)和X射線吸收光譜，通過(guò)這些方法可以分析腐植酸的碳構(gòu)架和氫構(gòu)架(圖2)。

圖2 Stevenson腐植酸模型Fig. 2 Humic acid model by Stevenson

腐植酸官能團(tuán)含量是其結(jié)構(gòu)特征的重要體現(xiàn)。腐植酸的羧基/醇羥基值(A/B)反映腐殖物質(zhì)氧化度和芳香度的高低，A/B越低，氧化度越低，芳香度越高[18]。一般來(lái)講，隨著腐殖化進(jìn)程的推進(jìn)，羧基、甲氧基和羰基含量下降，酚羥基含量增加[26]。E4/E6值越大，芳構(gòu)化程度越低，相對(duì)分子質(zhì)量越小。腐植酸結(jié)構(gòu)受其來(lái)源和形成前體的影響較大。采用核磁共振、漫反射傅里葉變換紅外光譜、表面加強(qiáng)拉曼光譜、X射線吸收近邊結(jié)構(gòu)和X射線吸收光譜法研究發(fā)現(xiàn)，各類(lèi)來(lái)源腐植酸中均含有芳香碳、羧基碳、羰基碳和羥基碳等結(jié)構(gòu)，但其吸收強(qiáng)度不同[27–33]。與土壤和水體中的腐植酸相比，煤炭腐植酸的結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，含更多縮合芳香結(jié)構(gòu)[21]。褐煤腐植酸的骨架是由2～5個(gè)環(huán)縮合而成的稠環(huán)芳核，通過(guò)烷烴橋鍵、醚鍵、羰基等隨機(jī)鏈接組成，分子間還通過(guò)金屬離子橋和氫鍵等締合成超分子結(jié)構(gòu)[21]。目前，腐植酸的典型結(jié)構(gòu)是Stevenson的腐植酸模型[17]。

1.3 化學(xué)改性對(duì)腐植酸組成和結(jié)構(gòu)的影響

化學(xué)改性可以改變腐植酸的功能組成，常用的化學(xué)改性方法有氧化、磺化、胺化、微波活化等，經(jīng)過(guò)磺化、胺化、共聚等化學(xué)改性后的腐植酸較改性前的降濾失性能有較大改善[34]，而氧化是增加腐植酸含氧官能團(tuán)數(shù)量的重要方式。目前常用的腐植酸氧化方法有過(guò)氧化氫氧化法[35–36]、堿性CuO-NaOH氧化法[37–38]、堿性高錳酸鉀氧化法[39–41]、硝酸氧化法[42]和次氯酸鈉氧化法等。高錳酸鉀氧化可以增加腐植酸中烷基碳和芳香碳的含量，降低芳香度[38–41]。過(guò)氧化氫氧化可以增加腐植酸中羰基、羧基和氧烷基的含量，減少芳香碳、氧芳香碳和烷基的含量[43]。過(guò)氧化氫法氧化煤腐植酸的機(jī)理：首先，煤中的弱―C―O―鍵斷裂，產(chǎn)生CO2和大量水溶性有機(jī)化合物，同時(shí)在化合物的稠合芳環(huán)周?chē)纬稍S多羧基；然后，具有羧基的芳族環(huán)逐漸分解以產(chǎn)生小分子酸，一些芳環(huán)也會(huì)氧化生成小分子酸；隨著氧化的進(jìn)行，氧化煤殘?jiān)兄咀寤衔锖汪然黾覽35–36]。通過(guò)堿性高錳酸鉀氧化甲基化腐殖物質(zhì)鑒定的主要產(chǎn)物為苯羧酸、酚酸和脂肪族二羧酸，苯羧酸包括一系列2-、3-和4-苯羧酸，這主要是由脂族側(cè)鏈的氧化形成的[39–41]，高錳酸鉀酸性氧化和高錳酸鉀堿性氧化均可以增加腐植酸的H/C值[7]。腐植酸經(jīng)硝酸氧化后可以獲得各種脂肪族二羧酸、苯羧酸、羥基苯甲酸和硝基化合物等[42]。

2 腐植酸對(duì)植物生長(zhǎng)的調(diào)控

2.1 腐植酸對(duì)植物生長(zhǎng)的影響

腐植酸可促進(jìn)植物生長(zhǎng)，增加植物地上部和根系的干物質(zhì)重[44–47]。Rose 等[48]采用 Meta 分析方法研究了腐殖質(zhì)對(duì)植物生長(zhǎng)的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，施用腐植酸后，植物地上部生物量和根干重均顯著增加，但其增加幅度因腐植酸的來(lái)源、濃度、植物生長(zhǎng)環(huán)境、植物類(lèi)型和腐植酸的施用方式而異。來(lái)自于堆肥的腐植酸促進(jìn)地上部生長(zhǎng)的效果最好，來(lái)自于土壤的腐植酸次之，來(lái)自于泥炭的腐植酸表現(xiàn)最差。當(dāng)植物受到鹽度、重金屬毒性、養(yǎng)分缺乏等脅迫時(shí)，高腐植酸施用量可更有效地結(jié)合過(guò)量的陽(yáng)離子來(lái)減輕重金屬或鹽度脅迫。植物類(lèi)型不同腐植酸的效果不同，腐植酸對(duì)單子葉植物的促生效果最好，對(duì)雙子葉植物次之，對(duì)木本植物則有抑制作用。對(duì)植物地下部而言，來(lái)源于家畜糞便堆肥的腐植酸表現(xiàn)最好，而來(lái)源于土壤的腐植酸表現(xiàn)有所下降。對(duì)不同的植物栽培方式而言，腐植酸對(duì)土培植物的表現(xiàn)最好，對(duì)水培的植物表現(xiàn)最差，對(duì)植物類(lèi)型而言，腐植酸對(duì)雙子葉植物的根生長(zhǎng)影響最顯著，對(duì)木本植物的根沒(méi)有抑制作用，但表現(xiàn)不如對(duì)草本植物的效果[49–50]。

腐植酸對(duì)植物生長(zhǎng)的影響與其結(jié)構(gòu)特性關(guān)系密切。Muscolo等[50]綜述了腐殖物質(zhì)與植物生長(zhǎng)發(fā)育之間的關(guān)系，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，蚯蚓糞中存在植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)物質(zhì)，可促進(jìn)植物生長(zhǎng)，從蚯蚓糞中提取的低分子量級(jí)分含有特定的生物活性物質(zhì)，更能促進(jìn)擬南芥和玉米幼苗根系的生長(zhǎng)[51]。還有研究表明，低分子量腐植酸中含有較高含量的羧基和芳香族碳，因此具有較高的生物活性[52]。對(duì)于從風(fēng)化煤中提取的腐植酸，其分子構(gòu)象能促進(jìn)黃瓜莖枝生長(zhǎng)，提高H+-ATP酶活性和硝酸鹽濃度[53]，因此，繼續(xù)深入研究腐植酸的結(jié)構(gòu)對(duì)植物生長(zhǎng)調(diào)控的影響意義重大。

腐植酸含有很多活性官能團(tuán)，具有較高的物理、化學(xué)和生物活性[54–63]。小分子腐植酸被植物體吸收利用后，以類(lèi)激素的方式調(diào)節(jié)植物體內(nèi)的新陳代謝過(guò)程。Nardi等[13]研究發(fā)現(xiàn)，小分子量腐植酸中較高含量的羧基碳和類(lèi)赤霉素活性使其能增加玉米對(duì)硝酸鹽的吸收。

2.2 腐植酸活性功能團(tuán)對(duì)養(yǎng)分的有效性有雙向調(diào)控

腐植酸中的羧基、羰基和酚羥基等官能團(tuán)，具有較強(qiáng)的離子交換和吸附能力，施入土壤后，既可以固持土壤和肥料中過(guò)多的養(yǎng)分，又可以在其含量低時(shí)釋放出來(lái)，因而可提高植物體對(duì)大、中、微量元素的利用效率[54]。將腐植酸直接添加在尿素中，腐植酸的各活性含氧官能團(tuán)均能與尿素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并形成穩(wěn)定性較高的化學(xué)鍵[55]，進(jìn)而調(diào)節(jié)氮素的穩(wěn)定釋放，提高作物對(duì)氮素的吸收[58,64–65]。而且腐植酸與化學(xué)氮肥可發(fā)生反應(yīng)形成腐植酸銨，從而減少氮素?fù)]發(fā)和淋失[66]，在土壤中還可以通過(guò)配位作用、離子交換吸附作用、競(jìng)爭(zhēng)吸附位點(diǎn)作用和增加磷酸鹽的移動(dòng)等方式來(lái)減少土壤對(duì)有效磷的固定。腐植酸的酸性功能團(tuán)可吸附和貯存鉀離子，防止土壤鉀素的流失，同時(shí)減少黏土礦物對(duì)鉀的固定。腐植酸化學(xué)螯合微肥可以增加作物對(duì)微量元素的吸收利用[3–5]。因此，腐植酸在調(diào)節(jié)植物養(yǎng)分吸收、增加土壤養(yǎng)分有效性和提高肥料利用率方面作用顯著。

2.3 腐植酸對(duì)植物原生代謝和次生代謝的影響

腐植酸可以影響植物的原生代謝和次生代謝過(guò)程。植物的原生代謝是指植物生存、生長(zhǎng)和繁殖所必需的基本生物化學(xué)過(guò)程[52,60]。腐植酸可通過(guò)不同的方式來(lái)影響糖酵解和三羧酸循環(huán)中諸如磷酸葡萄糖異構(gòu)酶、磷酸果糖激酶、蘋(píng)果酸脫氫酶和葡萄糖激酶等酶的活性，其影響方式主要取決于腐植酸的分子量大小、分子特性和濃度[50]。腐殖物質(zhì)的低分子量級(jí)分因具有較多的官能團(tuán)，尤其是含有較多的羧基和酚基，其在改善植物新陳代謝中發(fā)揮重要作用。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，且具有最強(qiáng)的生物效應(yīng)[67]。Zandonadi等[15]從不同土壤物質(zhì)中分離腐植酸，發(fā)現(xiàn)縮合的腐植酸化學(xué)結(jié)構(gòu)因呈現(xiàn)出類(lèi)生長(zhǎng)素活性而更有利于刺激玉米根系生長(zhǎng)、側(cè)根和液泡膜H+-ATP酶的增殖。

植物的次生代謝可定義為不直接參與植物生長(zhǎng)發(fā)育的一系列有機(jī)化合物的代謝過(guò)程，其主要功能是保護(hù)植物抵御食草動(dòng)物和病原體對(duì)植物的傷害。次生代謝的物質(zhì)主要有萜烯類(lèi)化合物、酚類(lèi)化合物和含氮化合物三類(lèi)[52,68]。噴施含腐植酸水溶肥、黃腐酸鉀和黃腐酸精華液的葉面肥均可以提高檸檬次生代謝產(chǎn)物揮發(fā)油、總黃酮和總酚的含量，可以不同程度地改善檸檬的品質(zhì)、口感及功能活性[69]。魏世平等[70]研究發(fā)現(xiàn)，腐植酸鉀–苯并噻二唑能增加過(guò)氧化物酶、多酚氧化酶、苯丙氨酸解氨酶的活性和酚的含量，從而增加防御能力，而苯丙氨酸解氨酶是一種苯丙類(lèi)化合物的關(guān)鍵酶，會(huì)導(dǎo)致水楊酸、植物抗毒素和類(lèi)木質(zhì)素聚合物等植物次生代謝物的產(chǎn)生。

3 腐植酸對(duì)作物根系生長(zhǎng)的調(diào)控

根系作為腐植酸作用于植物體最先接觸的器官，其對(duì)腐植酸的響應(yīng)是促進(jìn)植物生長(zhǎng)的最初動(dòng)力[71–73]。腐植酸可通過(guò)影響根系形態(tài)、根系養(yǎng)分吸收、根系基因表達(dá)等來(lái)影響根系的生長(zhǎng)發(fā)育。腐植酸對(duì)作物根系形態(tài)的影響是其對(duì)根系生長(zhǎng)影響的直觀反應(yīng)。前人研究了從不同來(lái)源獲得的腐植酸影響根系增長(zhǎng)、形態(tài)和根構(gòu)型的能力。腐植酸對(duì)根系形態(tài)的影響大體分為兩部分：1)對(duì)單個(gè)根形態(tài)的影響。腐植酸可通過(guò)增加細(xì)胞數(shù)量，改變細(xì)胞大小和細(xì)胞類(lèi)型，增加側(cè)根和吸收型毛孔的數(shù)量等來(lái)促進(jìn)根系生長(zhǎng)[15, 74–76]。有研究認(rèn)為，腐植酸刺激植物生長(zhǎng)的機(jī)制之一是通過(guò)誘導(dǎo)質(zhì)膜H+-ATP酶的增加，使原生質(zhì)體酸化，從而使細(xì)胞壁松動(dòng)，促進(jìn)細(xì)胞伸長(zhǎng)。2)對(duì)整株根形態(tài)的影響。腐植酸可以通過(guò)增加主次生根密度和分支數(shù)，改變根粗等來(lái)改善根構(gòu)型[77–79]，繼而從改善整株根的形態(tài)上來(lái)影響根系生長(zhǎng)。腐植酸可以提高根系H+-ATP酶的活性，增加離子跨膜運(yùn)輸動(dòng)力的電化學(xué)質(zhì)子梯度，促進(jìn)離子和養(yǎng)分的吸收。Chen等[80]揭示了腐殖質(zhì)對(duì)根系生長(zhǎng)發(fā)育和微量元素?cái)z取的刺激作用。特別是Varanini等[81]的研究表明，在加入腐植酸的鹽水培養(yǎng)基中，番茄對(duì)礦物質(zhì)營(yíng)養(yǎng)攝取量顯著增加，這可能是由于根細(xì)胞膜的滲透性增加所致。腐植酸對(duì)根系生長(zhǎng)及其對(duì)養(yǎng)分吸收的促進(jìn)作用與其對(duì)作物根系基因表達(dá)的影響密切相關(guān)[82–85]。腐植酸具有類(lèi)似生長(zhǎng)素和赤霉素的生理功能，這兩類(lèi)激素是控制根系發(fā)生和植物生長(zhǎng)的正向調(diào)控因子[86–82]，GRAS1是響應(yīng)生長(zhǎng)素[88]和赤霉素[89]的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子，它參與了這兩類(lèi)激素誘導(dǎo)的細(xì)胞分裂和膨大進(jìn)程，具有促進(jìn)生長(zhǎng)和根系發(fā)生的作用，而一些低分子量的腐植酸(黃腐酸)能促進(jìn)GRAS1的表達(dá)，這可能與黃腐酸中含有生長(zhǎng)素或赤霉素類(lèi)似物有關(guān)[89]。黃腐酸還可以刺激植物根系分泌質(zhì)膜H+-ATP酶，這種作用歸因于電位的耗散和膜通透性的增加[90]，或通過(guò)某種翻譯機(jī)制進(jìn)行酶調(diào)節(jié)[13,77]。

有研究表明，低分子量的腐植酸具有更好的改善根構(gòu)造、促進(jìn)根系生長(zhǎng)發(fā)育的功能，并可以通過(guò)生長(zhǎng)素信號(hào)傳導(dǎo)影響根系的生理代謝[12]。Canellas等[79]研究表明，從蚯蚓糞中提取的腐植酸的上層結(jié)構(gòu)中的異質(zhì)和移動(dòng)分子更有利于增加擬南芥和玉米的側(cè)根數(shù)和根毛密度。Dobbss等[7]、Canellas等[91]研究發(fā)現(xiàn)，從蚯蚓糞中提取的腐植酸的疏水性指數(shù)與玉米、擬南芥和土豆中的側(cè)根數(shù)量呈正相關(guān)。根系的伸長(zhǎng)區(qū)和分生區(qū)包括小而密的分生組織細(xì)胞，這些細(xì)胞具有連續(xù)的代謝活性，易受側(cè)根形成的影響。相關(guān)研究還觀察到腐植酸處理對(duì)側(cè)根出現(xiàn)部位的過(guò)度誘導(dǎo)，證明了腐植酸對(duì)側(cè)根的出現(xiàn)有顯著影響，這是因?yàn)楦菜嶂泻蓄?lèi)生長(zhǎng)素的外源物質(zhì)，從而促進(jìn)側(cè)根發(fā)生，改善根系形態(tài)。生長(zhǎng)素是在植物中發(fā)現(xiàn)的第一種激素，是構(gòu)成植物體最重要的形態(tài)發(fā)生化合物之一，生長(zhǎng)素信號(hào)觸發(fā)周期細(xì)胞群重新進(jìn)入細(xì)胞周期并建立側(cè)根有絲分裂位點(diǎn)[92]。生長(zhǎng)素的感知和信號(hào)通路也是完成生長(zhǎng)素生物學(xué)功能的必要條件[93]。而側(cè)根的生長(zhǎng)發(fā)育除了受內(nèi)源生長(zhǎng)素的影響，還受外源類(lèi)生長(zhǎng)素類(lèi)物質(zhì)的影響。此外，Loffredo等[94]的研究結(jié)果表明，疏水性更強(qiáng)、縮合程度更高、富含更多C、H、N和酚類(lèi)的腐植酸促進(jìn)胡椒草根系生長(zhǎng)的效果更好。

從蚯蚓糞中提取的腐植酸能夠增加玉米、擬南芥和土豆的側(cè)根數(shù)，提高H+-ATP酶的活性，其效果與腐植酸的疏水性指數(shù)呈正相關(guān)[78,92]。從城市廢棄物中提取的腐植酸能夠促進(jìn)玉米側(cè)根的生長(zhǎng)，并提高玉米根系H+-ATP酶的活性，該作用效果主要?dú)w因于腐植酸含有較多的羧基并具有較強(qiáng)的疏水特性[6]。從土壤、蚯蚓糞和污泥中提取的腐植酸能夠增加玉米有絲分裂位點(diǎn)、根鮮重、側(cè)根數(shù)、根表面積和主根長(zhǎng)，提高玉米H+-ATP酶的活性，并且聚合程度低、分子量小的腐植酸具有更好的效果[11,13–14,52]。也有研究表明，從土壤中提取的腐植酸能夠增加玉米側(cè)根數(shù)，提高玉米根系H+-ATP酶的活性，并且聚合程度高、分子量大的腐植酸的作用效果更好[14–15]。從土壤中提取的腐植酸在高濃度下，能夠更好地促進(jìn)燕麥對(duì)K+和SO42–的吸收[95]。從泥炭、褐煤中提取的腐植酸自組裝超分子結(jié)構(gòu)中的生物活性分子能夠促進(jìn)小麥和玉米根系的生長(zhǎng)發(fā)育[96–97]。因此，腐植酸的結(jié)構(gòu)對(duì)其功能影響較大，但是其具體作用機(jī)制未有定論、仍待研究，在后期研究中，需根據(jù)不同的作物需求進(jìn)行選擇。

4 展望

腐植酸的結(jié)構(gòu)特征研究是研究其對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育尤其是根系生長(zhǎng)發(fā)育調(diào)控機(jī)制的重要基礎(chǔ)。雖然在腐植酸結(jié)構(gòu)的表征技術(shù)、調(diào)控作物生長(zhǎng)發(fā)育的機(jī)理研究等方面取得了重要進(jìn)展，但以下幾個(gè)方面仍值得進(jìn)一步探討。目前常用的腐植酸結(jié)構(gòu)的研究方法存在不同程度地改變腐植酸功能團(tuán)類(lèi)型和數(shù)量的問(wèn)題，需加強(qiáng)核磁、遠(yuǎn)紅外等非破壞性方法來(lái)校正已有方法所得的結(jié)果，對(duì)腐植酸做更為精準(zhǔn)的表征。加強(qiáng)腐植酸次生產(chǎn)品對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育調(diào)控的機(jī)理研究，為特定生長(zhǎng)環(huán)境和植物類(lèi)型制備專(zhuān)用的腐植酸提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。腐植酸具有一定的類(lèi)激素活性，其作用機(jī)理到底是腐植酸本身含有的激素還是對(duì)植物體的刺激作用誘導(dǎo)產(chǎn)生的植物激素，又或者是腐植酸介導(dǎo)了植物體內(nèi)的信號(hào)傳導(dǎo)過(guò)程，從而改變了植物生長(zhǎng)微環(huán)境的激素水平仍不確定，值得進(jìn)一步研究。