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1、钛与植物生长中国科学院研究员 万春侯我国农业正处于结构调整的时期，从片面追求产量转向高产、优质、高效和保持生态平衡、可持续发展的目标。为达到这一目标，必须使用许多新的优良品种和新的耕作技术，不断提高农业生产的科技含量。在种植业实现这一目标的活动中，人们目前还不熟悉的农用钛制剂，就有许多可发挥作用之处。自从1896年Wait发现植物中含有钛元素以来，至今已100余年了。在20世纪的前70年间，许多科学家用多种钛化合物对植物进行处理，证明在一定的浓度下，对植物生长有良好的促进作用。匈牙利的Pais及其同事在70年代，经过近10年的系统研究工作，用螯合钛在近30种植物上进行了广泛的试验，取得了良好的
2、效果，终于首次使农用钛剂成为了商品。从80年代后期开始，我国多家科研单位先后开展了农用钛剂的研究开发工作，并陆续推向了市场。从80年代后期到90年代中期，各开发单位在我国辽阔的土地上，通过小区试验、对比试验、示范和推广，在数千万亩土地，数十种作物上都取得了可喜的效果。就笔者看到的资料来说：蔬菜瓜果类平均增产在1530%，投入产出比在1：2060；经济作物平均增产在1520%，投入产出比在1：1530；粮食作物平均增产在1:1020%，投入产出比在1:1020。除了增产之外，使用钛剂还有一些对提高种植效益更为有利的作用，它们是：1、农产品的质量获得提高。瓜果类作物在使用了钛剂后，果形、着色均有明
3、显的改善，单果重增加，口感更好，营养成分如Vc、水溶性糖和微量元素的含量明显提高。例如有报导：苹果在使用钛剂后全红果率增加百分之几十到一倍，含糖量增加15%左右，Vc含量提高10%多；大枣的钙、镁含量提高89倍，钾、钠含量提高35倍；不少菜农反映他们种植的黄瓜、西红柿、菜椒、菜花、茄子、白菜、豆角等使用了钛剂后，果形、色泽、口感均有改善，很受顾客的青睐，容易销售，价格也可卖得高些。麦谷类粮食作物的蛋白质、氨基酸含量也有提高。例如有报导：小麦在使用了钛剂后蛋白质含量提高5%左右，氨基酸含量提高10%左右。2、促进早熟。根据作物品种、施用钛剂的时期和剂量及地区不同，可提早成熟215天。在大棚中种西
4、红柿可以不使用催红药物，如乙烯利。早上市就可卖到好价格，因此给农民带来的效益比单纯增产更高。3、增强作物的抗逆性。由于使用了钛剂后，作物植株健壮，根深叶茂，光合作用加强，植株内养分积累增多，从而增强了植株的抗病能力。如小麦的白粉病、花生的叶斑病、水稻的稻瘟病、香蕉的矮缩病，茄科和十字花科作物的病毒病等多种作物的不同病害均有明显的降低。钛剂还有一个特殊的功效，就是由于误用农药或由于风的吹散作用，发生了农药对植物的伤害时，如2、4-D对葡萄、西红柿的伤害，矮壮素对棉花的伤害等，遇到这种情况如果能及时喷施钛剂，就可以消除或大大减轻药害，恢复植株的正常生长。施用钛剂后植物对高温、低温、干旱、高湿的低抗
5、力均有明显的提高。4、钛剂可以与酸性农药混合使用，这就节省了工时。尤其是农药，可杀虫或杀菌，但是对恢复植株的长势并不起作用，如与钛剂混合使用，就弥补了这一点的不足，因而在治病治虫的同时，又能使植株迅速恢复机能、健康旺盛地生长。钛剂的这些效果，来源於钛在植物生长中的作用，下面我们就对此作一简单介绍。一、提高光合作用 使用钛剂后，植物的叶面积增大，叶色深绿，这是为什么呢？我们知道，植物干物质的9095%是来自光合作用的产物，对果实和籽粒来说，功能叶片光合作用产物的积累和运输更是关键。因此，尽可能多地利用照射到地球表面的太阳能，以进行光合作用，是农业生产中的一个根本问题。光合作用是由叶绿体内的光合色
6、素（叶绿素a和b、类胡萝卜素）来完成的。只有约占总光合色素1/300的特殊叶绿素a（P680和P700），才能吸收光能并发生光化学反应，叫做反应中心色素。所有的叶绿素b和类胡萝卜素及占叶绿素a中绝大部分的普通叶绿素a，只能吸收和传递光能，叫集光色素。集光色素吸收光能后经过一系列的传递，最终传给P680和P700，使它们放出电子，随后进行一系列的传递，最终把光能转化为生物化学能ATP（三磷酸腺苷），并形成NADPH（还原型辅酶），用于同化CO2，形成光合产物。试验证明，使用钛剂处理种子或叶面喷洒后，叶片单位鲜重的总光合色素含量提高20%左右，所以叶色变深，这是钛提高光合作用的第一个效应。试验还证
7、明，使用了钛剂后，单位叶绿素对光能的吸收提高10%左右，这是它提高光合作用的第二个效应。叶片中的光合色素多了，单位光合色素吸收的光能又提高，自然吸收的光能就多了，但是如果植物在光合作用中的光能转化效率不高，吸收过量的光能极易造成激发能积累，引起光抑制和光氧化，导致光合膜和反应中心受到损害。试验进一步证明，使用了钛剂可以提高叶绿素的光能转化效率及光合作用速率，增幅在1020%。这就保证了所吸收的光能被迅速有效地利用，高效率地转化成生物化学能（ATP），使激发能迅速地消耗，不致积累而对光合作用机构造成危害。同时由于能量充足有利于推动以光能为原动力的光合电子加速传递，形成更多的NADPH，这是钛剂提
8、高光合作用的第三个效应。要高效地进行光合作用，还需要使进入P680和P700两个光系统的光量子处于平衡状态，Mg2+浓度的变化是调节达到这种平衡的机制之一。试验证明钛可以提高M+2的调节能力1020%，这是使用钛剂提高光合作用的第四个效应。试验还证明，钛还可以提高植物的类胡萝卜素含量1020%。类胡萝卜素能淬灭不稳定的三线态叶绿素和具有强氧化作用，对光合膜有潜在破坏作用的单线态氧，从而保护受光激发的叶绿素免遭光氧化的破坏，使光合作用得以顺利进行。这就提高了植物对强光、高温和干旱等不利生态环境的抵抗力。试验也证明，钛能使植物在低温条件下保持较好的光合功能状态，提高对低温生态环境的抵抗能力。通过以
9、上所述，我们就了解到使用钛剂的确为农业生产的增产奠定了基础。二、类激素效应和提高酶的活性用适当浓度的钛剂处理种子（浸种或拌种），对种子的发芽、出苗及幼苗的生长均有良好的作用。如出苗快、出苗齐、及苗势壮。种子处理或苗期喷洒都会使植株根系发达，根长、根的干重和鲜重增加2030%，根容积提高10%左右，豆科作物的根瘤数增加3040%。西红柿、辣椒、茄子等如果移栽定植，当天喷洒钛剂或用钛剂沾根，可以大大缩短缓苗期。种子处理或叶面喷洒使用了钛剂，植物的叶面积系数可提高2040%。为什么钛剂会有这些效果呢？试验证明：钛有类似于生长素和细胞分裂素的效应，还能调动植株内自身生物合成的生长素向生长中心如根、嫩叶
10、运输。这些地方正是较多需要生长素的地方，因此对植物生长的细胞伸长、分裂与分化、豆科作物根瘤的形成均有作用。对根芽、维管组织及胚状体的分化有诱导作用，活化细胞内的脱氧核糖核酸，使之解除抑制，而后进行基因表达，形成新的信使核糖核酸和蛋白酶，通过调节代谢而引起生长发育的改变。种子萌发与胚生长是活跃的生命活动，此期间合成各种水解酶及形成新器官都需要很多能量，因此有机物的转化十分剧烈。种子内贮藏物质的大分子化合物分解为比较简单的，便于转运的化合物，如淀粉水解为单糖，蛋白质转化成氨基酸等。这些分解产物输送到幼胚处，一方面作为呼吸底物进一步分解，释放其中贮存的能量供应生活的需要，一方面作为建成新细胞的各种成
11、份。有机物的分解是要在酶的参与下才能完成的。研究表明，使用钛剂后，发芽种子和幼苗中一些酶的活性得到提高。激素效应对果实的长大也有作用，所以果树在花期喷洒钛剂，不仅能提高产量，而且提早结实和成熟。在坐果期和膨果期喷洒，除了可以促进果实长大增加干物质的积累外，还能延迟离层细胞进一步的成熟与衰退，减少因营养失调或其他原因而引起的果实不正常脱落。由以上所述，所以使用钛剂后植株变得根深叶茂，叶色深绿就可以理解了。根是植物重要的营养器官，靠它从土壤中吸收水分和肥料。根系发达，必然会增加植物从土壤中吸收营养物质，对苹果、葡萄、西红柿及小麦等的分析结果表明，使用钛剂后叶片中的氮、磷、钾、钙、硼、铜、铁、锰、锌
12、等含量均有提高。试验研究还证明，使用钛剂后作物对氮的吸收率可以提高20%以上，利用率提高2040%；对磷的吸收率提高20%左右，利用率提高2040%；对钾的吸收率提高15%左右，利用率提高2060%。而且试验还证明，施用了钛剂后，植株根系吸收的养分和叶片光合作用制造的养分，都能更有效地向果实或籽粒中集中，提高经济系数。所以使用钛剂后，稻麦类作物籽粒饱满、结实率提高，不育穗、小穗减少，三粒穗增加；玉米的空尖明显减小，双穗率增加；花生、大豆等空瘪荚大大减少；水果类果实的不正常脱落大大减少，单果重增加，着色、果形和口感得到改善。试验还证明，钛还能促进植物中其他一些酶的活性提高，如过氧化氢酶、过氧化物
13、酶等。酶是生化反应不可缺少的催化剂，酶的活性提高，就会使生化过程加快，促进植物的新陈代谢。过氧化物酶能促进植物根系发达及对水肥的吸收，这对高温干旱情况下维持植物体内水的平衡有利。三、提高对氮素的吸收及利用氮是生命的物质基础，是蛋白质、核酸和磷脂的组成成分，为各种细胞器及新细胞形成所必需。细胞内参与生物氧化和能量代谢的物质如ATP（三磷酸腺苷）、NAD（烟酰胺腺嘌呤二核苷酸）、NADP（烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸）、FAD（黄素腺嘌呤二核苷酸）等都是含氮物质。植物能从土壤中吸收硝酸盐，但后者在植物体内不能直接被利用，必须先还原成氨，才能用于合成有机含氮化合物。硝酸盐的还原主要发生在根和叶中，整个过
14、程必须由硝酸还原酶和亚硝酸还原酶催化完成。试验证明钛可以提高植物体内硝酸还原酶的活性50150%。植物氮素的来源，除了根系直接由土壤中吸收外，许多植物还能通过与固氮微生物共生利用空气中的游离态N2。豆科植物与根瘤菌共生的固氮能力最强。除豆科植物外还发现300多种非豆科植物有结瘤固氮能力，其共生微生物根瘤中多为放线菌，少数为链霉菌或细菌，叶瘤中则大多是细菌。所有这些生物固氮本领都取决于体内的固氮酶。试验证明，钛能提高固氮酶的活性100200%。通过共生固氮作用产生的NH3和通过硝酸盐还原产生的NH4，在植物体内立即形成谷氨酸或谷氨酰，进一步通过生化过程形成甘氨酸、丙氨酸及天冬氨酸等，供形成肽及蛋
15、白质使用。由于上述两种酶的活性提高，所以正如前面已提到的，使用钛剂后，植物对氮的利用率可提高2040%。试验也证明植物细胞的核糖核酸含量提高10%左右，脱氧核糖核酸的含量提高15%左右。硝酸还原酶能提高碳氨代谢，增强植物抗寒、抗病能力，所以大量的报导显示，使用钛剂后，植物的抗寒、抗病能力大大提高。钛在地球上是一种大量存在的化学元素，在地壳中的含量约为0.6%。但土壤中的钛多以氧化物的形态存在，水的溶解度很低，可溶态钛的含量极低，我国土壤的平均值低于百万分之一。所以大量的试验结果表明，在我国钛剂的使用，基本上不受到地域的限制。试验、示范和推广反馈回来的大量信息提示，使用钛剂后植物对许多病害如脐腐病、灰霉病、黑斑病、白斑病、软腐病、腐烂病、炭疽病、疮痂病、黑星病、锈果病、疫霜病等的抵抗能力都有很大的提高。但由于我国研究开发农用钛剂的高潮期在80年代后期到90年代初期，那时受到“以粮为纲”思想的约束，试验研究的主要注意力放在增产上，而对抗逆力的提高却甚少注意，所以很少看到深入系统的试验报告，因此留下了很大的进一步研究开发空间。针对我国目前农业发展的状况来说，这方面的效果是更为有利和更受农民欢迎的。希望在这方面有志趣和远见的农技工作者，能抓住机遇，投入工作，在不远的将来提出有说服力的试验报告，系统的试验数据，较完整、严格地阐明钛在这方面功效的机理，为农用钛剂的扩大使用提供强有力的推动力。
