姜 一，許偉長(zhǎng)，李 明，萬(wàn) 翠，馬攀登，胡銀龍，鄭先福

(1.鄭州鄭氏化工產(chǎn)品有限公司,河南 鄭州 450000；2. 河南省作物化學(xué)調(diào)控工程研究中心,河南 鄭州 450000；3.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)，河南 鄭州 450000)

外源酶制劑作為一種高效的生物催化劑，已經(jīng)在食品行業(yè)、飼料行業(yè)、紡織輕工業(yè)及醫(yī)用行業(yè)應(yīng)用非常廣泛，如蛋白酶、脂肪酶、纖維素酶及果膠酶等的應(yīng)用技術(shù)也較為成熟[1]。在作物生長(zhǎng)過(guò)程中，植物內(nèi)源酶的種類(lèi)和作用機(jī)理研究的較多，內(nèi)源酶的研究機(jī)理也較為清楚，因工業(yè)化酶制劑生產(chǎn)有限，應(yīng)用于作物的外源酶制劑種類(lèi)較少，作用機(jī)理作用效果尚未明確，所以應(yīng)用于作物生長(zhǎng)的商業(yè)化酶制劑產(chǎn)品也較為少見(jiàn)。筆者根據(jù)前人的研究，從影響植物生長(zhǎng)環(huán)境間接影響作物生長(zhǎng)和酶制劑直接作用于作物直接影響作物生長(zhǎng)兩個(gè)方面，深入探討酶制劑在作物生長(zhǎng)中的研究進(jìn)展，以期為外源酶制劑在作物生長(zhǎng)的研究提供理論支持。

1 外源酶制劑對(duì)作物生長(zhǎng)環(huán)境的影響

1.1 外源酶提高土壤酶活性

土壤酶是土壤肥力的衡量指標(biāo)，土壤酶主要源于土壤微生物代謝物和作物根系分泌物，及動(dòng)植物殘?bào)w分解釋放的酶，按照在細(xì)胞內(nèi)外的作用方式分為胞外酶和胞內(nèi)酶。土壤酶可以礦化有機(jī)物[2]，活化和釋放土壤養(yǎng)分，達(dá)到促進(jìn)植物生長(zhǎng)作用。早些關(guān)于土壤酶的研究中研究證實(shí)土壤中各酶之間作用相互影響，不同酶之間的活性具有一定的相關(guān)性[3][4]，同時(shí)外源酶的添加可以協(xié)助土壤酶降解底物酶解率[5]，在一定程度上影響土壤酶活性，如外源纖維素酶添加，土壤中的尿素酶、蔗糖酶、超氧岐化酶、堿性磷酸酶活性較對(duì)照可增加214.3%、424.3%、254.0%和44.0%[6]；外源植酸酶可顯著提高土壤酸性及中性磷酸酶的活性分別為9.3%～70.2%、4.3%～73.1%[7]，隨著外源植酸酶用量增加，根區(qū)土壤植酸酶活性、磷酸酶活性均表現(xiàn)出顯著提高趨勢(shì)，且提高趨勢(shì)與外源酶植酸酶用量增加的趨勢(shì)保持一致[8]。綜上研究可以得知，外源酶制劑施用于土壤時(shí)，一是可以增加土壤酶的數(shù)量，二是外源酶的施用增強(qiáng)了土壤種其他酶的活性，間接提高土壤肥力，這個(gè)兩方面均能提高土壤肥力，同時(shí)間接的促進(jìn)了作物的生長(zhǎng)。

1.2 外源酶可以促進(jìn)有機(jī)物分解和活化土壤養(yǎng)分

有機(jī)物的分解及能量的轉(zhuǎn)化在整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中的作用非常重要，其中纖維素分解酶、酚氧化酶、多酚氧化酶等酶活性對(duì)于凋落物及土壤有機(jī)物在纖維素、半纖維素、木質(zhì)素降解方面研究較多[9]。土壤中有很多有機(jī)物殘?bào)w，其含有大量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，有機(jī)物質(zhì)殘?bào)w在酶及微生物的作用下分解釋放養(yǎng)分，同時(shí)也為微生物活動(dòng)提供了有利環(huán)境和能源。外源酶的添加會(huì)直接提高土壤中酶含量，更加有利促進(jìn)土壤中有機(jī)物的分解。常見(jiàn)的為施用纖維素酶來(lái)分解土壤中有機(jī)物，纖維素酶會(huì)提高秸稈降解速率和養(yǎng)分釋放速率，組合酶的作用也優(yōu)于單個(gè)酶的作用，如小麥和玉米秸稈噴施纖維素酶和蛋白酶，秸稈養(yǎng)土壤中的速效氮、磷、鉀含量要顯著高于單施纖維素酶或單施蛋白酶[1]。外源酶也可以直接作用于土壤中的養(yǎng)分，具有與土壤酶相類(lèi)似的作用，如外源植酸酶和土壤磷酸酶的作用相類(lèi)似，具有加速有機(jī)磷礦化的作用，外源植酸酶提高土壤活性有機(jī)磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)53.92%～84.22%[8][10]。綜上，外源酶對(duì)有機(jī)物對(duì)有機(jī)物及土壤養(yǎng)分的影響可以分為:①外源酶作用有機(jī)物，將加速有機(jī)物礦化和養(yǎng)分釋放；②外源酶有類(lèi)土壤酶的作用，可以活化土壤養(yǎng)分。

1.3 外源酶對(duì)土壤微生物的影響

土壤微生物的殘?bào)w和代謝物可以增加土壤酶量，土壤酶量的增加可以加速有機(jī)物釋放的養(yǎng)分及其殘?bào)w和代謝，另微生物也可以分解有機(jī)物及其殘釋放養(yǎng)分，養(yǎng)分的釋放促進(jìn)了作物上生長(zhǎng)，同時(shí)微生物也可以分泌代謝物促進(jìn)作物生長(zhǎng)[11]。外源酶對(duì)微生物的影響主要表現(xiàn)在外源酶可以促進(jìn)有機(jī)物分解，有機(jī)物的分解為微生物提供了豐富的生命活動(dòng)能源，加速了微生物的繁殖，有研究表明外源酶施用下在可以提高有機(jī)物分解區(qū)域的細(xì)菌和真菌數(shù)量[12]；在番茄種植中，施用外源纖維素酶細(xì)菌、真菌、放線(xiàn)菌較對(duì)照最高分別增加了996.8%、801.4%和314.6%[6]；平邑甜菜幼苗生長(zhǎng)中，施用一定濃度的外源植酸酶，土壤細(xì)菌、真菌、放線(xiàn)菌分別比對(duì)照增加30.98%～69.00%、11.14%～271.28%和35.78%～249.18%[8]。外源酶對(duì)微生物的影響主要為影響了微生物的生存環(huán)境，而非直接作用微生物，但微生物的代謝物及微生物殘?bào)w中也包含一些酶類(lèi)物質(zhì)，這些酶類(lèi)物質(zhì)同樣也具有外源酶和土壤酶的功能。

1.4 外源酶在修復(fù)土壤方面的應(yīng)用

土壤修復(fù)是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，其污染源主要為農(nóng)藥和重金屬，應(yīng)用化學(xué)和物理技術(shù)是常用的修復(fù)手段。隨著技術(shù)發(fā)展酶制劑在修復(fù)土壤方面已經(jīng)成為熱點(diǎn)，在土壤修復(fù)中，外源酶的作用方式為直接作用于污染物，通過(guò)降解、固化作用使污染物的毒害更小。應(yīng)用于有機(jī)農(nóng)藥的降解方面的土壤修復(fù)較多，如固定化的蟲(chóng)漆酶和過(guò)氧化物酶用可去除土壤中60%氯酚[13]；假單胞菌菌中粗酶液可使土壤中撲草凈的含量減少85%[14]；海藻酸鈣凝膠包埋后降解菌中的降解酶可對(duì)氰戊菊酯的去除率為61.3%～90%[15]。在石化行業(yè)內(nèi)的多環(huán)芳烴也涉及到施用外源酶降解，主要涉及到生物降解的過(guò)程，需要真菌、細(xì)菌加酶催化，涉及到主要酶類(lèi)有加氧酶、酪氨酸酶、過(guò)氧化物酶、漆酶等[16～17]。

2 外源酶對(duì)作物生長(zhǎng)的影響

2.1 外源酶可以促進(jìn)作物生長(zhǎng)發(fā)育

外源酶對(duì)作物促進(jìn)作用主要體現(xiàn)在外源酶改變了植物生長(zhǎng)的外源環(huán)境，提高幼苗干鮮重、根長(zhǎng)、根系活力、株高、莖粗增強(qiáng)了作物長(zhǎng)勢(shì)，通過(guò)提高葉面積、葉綠素含量以達(dá)到促進(jìn)光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度、包間細(xì)胞濃度等光合指標(biāo)，進(jìn)而提高了作物的產(chǎn)量，如外源纖維素酶可提高番茄產(chǎn)量55 188 kg·hm-2[18]；施用外源植酸酶50 d，平邑甜茶幼苗根系活力、長(zhǎng)勢(shì)、葉面積、葉綠素含量及光合速率較對(duì)照均有顯著提高[8]；施用植酶Q9，可顯著增加夏玉米的公頃穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重及產(chǎn)量，可增產(chǎn)9%～21%[29]。另外在真菌類(lèi)栽培中，如外源酶提高可以提高草菇和金針菇的產(chǎn)量[21,19]。

2.2 外源酶可以提升作物的品質(zhì)

外源酶對(duì)作物品質(zhì)的主要體現(xiàn)在酶作用下對(duì)有機(jī)物的品質(zhì)的改善，即酶制劑作用于有機(jī)物產(chǎn)生的影響。如在煙葉烘烤前，葉面噴施酶處理避光2～4 h，進(jìn)行烘烤可以有效提升煙葉中的糖含量，降低總植物堿、總氮和淀粉含量，瓜蛋白酶處理的煙葉明亮度、色澤飽和度和強(qiáng)度較好[20]；添加諾維信外源酶其菌絲及原基的性狀指標(biāo)、菌絲生長(zhǎng)速度、菇蕾大小及生物學(xué)效率的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)均優(yōu)于其他幾組，有助于草菇產(chǎn)量的提高和品質(zhì)[21]。果膠酶、纖維素酶和β-淀粉酶可以有效去除明日葉發(fā)酵茶能夠明日葉身的澀味，纖維素酶可以提高明日發(fā)酵茶多酚含量、總黃酮含量、總多糖含量、游離氨基酸含量，進(jìn)而提高明日發(fā)酵茶的品質(zhì)。在西瓜基質(zhì)種植過(guò)程中，施用纖維素酶可顯著提高西瓜的含糖量和產(chǎn)量[22]。葡萄糖苷酶、果膠酶、木瓜蛋白酶、纖維素酶對(duì)大葉種綠茶的香氣、口感、氨基酸含量有明顯的提升[23]。

2.3 外源酶具有抗病原防治效果，可提高作物抗性

外源酶的抗病效果及提高作物抗逆作用，主要表現(xiàn)：①部分外源酶本身具有殺菌、抗病、解毒害功能如幾丁質(zhì)酶破壞病原菌的細(xì)胞壁達(dá)到殺菌的目的，幾丁質(zhì)酶破壞昆蟲(chóng)的外骨骼達(dá)到殺蟲(chóng)的作用，幾丁質(zhì)酶還能提高植物對(duì)干旱、金屬離子、高溫等非生物脅迫的應(yīng)答[24]，可以防治果蔬采后的病害[25]。②部分外源酶可以提高作物抗性物質(zhì)，達(dá)到提高作物抗性，如過(guò)氧化氫酶單獨(dú)處理可提高小麥幼苗葉綠素含量、可溶性蛋白含量，能夠促進(jìn)內(nèi)源過(guò)氧化氫酶活性增強(qiáng)，進(jìn)而提高小麥的抗性能力[26]；外源氧化物酶還可以改變Ca離子通道，能提高作物幼苗中苯丙氨酸解氨酶和過(guò)氧化氫酶的活性，降低H2O2含量，改變作物抗氧化能力[27]；多酚氧化酶處理可以促進(jìn)水曲柳外植體的褐化速度，提高水曲柳再生體細(xì)胞繁殖率[28]；③外源酶可以緩解環(huán)境危害，外源過(guò)氧化物酶緩解重金屬Hg2+的毒害作用，植酶Q9可以有效緩解登海605品種玉米的弱光脅迫危害[29]。

2.4 酶制劑肥料的應(yīng)用

酶制劑在肥料的應(yīng)用的研究相對(duì)較少，文獻(xiàn)報(bào)到中肥料用酶制劑成份并未有明確說(shuō)明，僅從效果上研究了酶制劑的作用，如金納爾的生物酶制劑在青稞上的效果[30]，808植物增效酶制劑對(duì)晚稻汕優(yōu)63的生長(zhǎng)、根系發(fā)育有明顯促進(jìn)作用[31]，彩特美細(xì)胞酶制劑可以促進(jìn)大豆生育及提高大豆的產(chǎn)量[32]。土壤調(diào)理和修復(fù)劑的產(chǎn)品也屬于肥料范疇，對(duì)于酶制劑在土壤修復(fù)方面國(guó)內(nèi)外研究較多，如土壤修復(fù)研究進(jìn)展中的結(jié)論匯總為：主要通過(guò)激活土壤中本有的酶物質(zhì)來(lái)修復(fù)土壤，培養(yǎng)土壤微生物通過(guò)微生物及微生物代謝物修復(fù)土壤[33]。行業(yè)內(nèi)也有呼吁酶制劑工程在肥料的應(yīng)用，但主要應(yīng)用在抑制類(lèi)物質(zhì)，特別是脲酶抑制劑方面[34]，磷元素及多數(shù)金屬中微量元素容易被土壤固定，起不到速效的作用，這些元素的作用是要激活其效果，不能夠抑制，目前也沒(méi)有相關(guān)的酶制劑產(chǎn)品去研究。在肥料行業(yè)內(nèi)酶制劑的添加，多以微生物肥或者有機(jī)肥的產(chǎn)品形式去體現(xiàn)，未有單獨(dú)的酶制劑增效產(chǎn)品，因此促進(jìn)肥料增效酶制劑產(chǎn)品還處于起步階段。酶肥國(guó)內(nèi)專(zhuān)利較多，一種為酶制劑肥料，如郭亞萍的生物特性酶肥[35]，賴(lài)婷婷的生物酶肥[36]，主要以集中在孫立文[37][38],為主酶添加劑肥料，即直接在肥料里面添加酶制劑物料，而其它酶肥的專(zhuān)利多是通過(guò)生物發(fā)酵后的生物代謝物[39][40]等。

3 總結(jié)與展望

綜上，當(dāng)前外源酶確實(shí)有一定的效果，但因酶的作用復(fù)雜，工業(yè)化酶的種類(lèi)有限，如植物體內(nèi)的多種酶還不能實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)或者人工合成，酶結(jié)構(gòu)和種類(lèi)在其它行業(yè)內(nèi)也沒(méi)有梳理清楚，在種植上作用更模糊。在作物應(yīng)用方面行業(yè)內(nèi)應(yīng)用較多為纖維素酶，主要是針對(duì)于秸稈和土壤有機(jī)物的影響。酶在植物體內(nèi)的作用研究比較多，功能也復(fù)雜，但以工業(yè)酶制劑作為外源酶對(duì)作物的研究比較少，從研究的情況來(lái)看，酶的作用從三個(gè)方面作用于作物：①并非直接作用于作物或者土壤，而是通過(guò)降解釋放有效成分刺激和促進(jìn)作物生長(zhǎng)。②或?yàn)樵诮到獾倪^(guò)程中為微生物提供能源，促進(jìn)微生物的繁殖，微生物繁殖后的代謝物質(zhì)作用于植物。③小分子的酶可以直接作用于作物，被作物吸收后，起到植物內(nèi)源酶類(lèi)似的功效。外源酶的有類(lèi)似內(nèi)源酶的作用，但外源酶的作用機(jī)理還未研究清楚，種植用的商業(yè)化外源酶開(kāi)發(fā)還處于初級(jí)階段，需要進(jìn)一步的挖局和應(yīng)用。

綜上未來(lái)種植用外源酶的研究和開(kāi)發(fā)應(yīng)重視3點(diǎn)：①外源酶的作用機(jī)理需要研究清楚，無(wú)論從直接作用于作物還是間接作用于作物。②直接作用于作物的外源酶在植物體內(nèi)的傳導(dǎo)是怎樣的。③種植用的外源酶種類(lèi)及適配性急需開(kāi)發(fā)。