亞磷酸鹽

2019-03-15 13:51:17

亞磷酸鹽,可謂是這幾年最受關注的成分之一。
前幾天我在一個微信群里提到這個東西以後,熱情的網友立即給我推薦了好幾篇有關亞磷酸鉀的文章。在一本介紹生物刺激素的書中介紹說,江蘇農藥化工集團從法國引進了一套年產1萬噸亞磷酸的生產設備,生產出的亞磷酸質量分數達到99.5%以上。
那么,亞磷酸鹽到底有哪些功能以至於被農資行業如此重視呢?
還是先從磷和植物生長的關係說起吧。
我們知道所有生物的生長都是通過增加細胞數量和體積來實現的。細胞數量上的增加是以細胞分裂來實現的。但在細胞分裂之前,細胞要先合成一份RNA和DNA,這樣才能保證生物的遺傳穩定性。磷是RNA和DNA的重要組成元素。所以,磷缺乏往往會造成細胞分裂紊亂,造成植物不長根、不發芽、果實小。
另外,磷還是細胞膜系統中的重要成分,尤其是植物體內進行各種代謝時最常使用的一種能量ATP的成分。
總起來說,生物不能缺乏磷。磷對植物非常重要。磷肥也是作物栽培管理中最常施用的肥料。
磷酸及其磷酸鹽一直是作物唯一能夠直接吸收的磷營養形式。然而,土壤中的絕大多數磷化合物並不是根系能夠直接吸收的磷酸鹽,使磷這種植物必需的大量元素成為土壤中有效性最差的營養。
幾十年以來,科學家們一直在探索尋找其它更有效的磷營養形態。亞磷酸(又叫膦酸)及其鹽,就是最有希望的磷營養形態之一。但在對亞磷酸化合物作為植物磷營養源的研究和套用過程中遇到了很多障礙。
儘管亞磷酸含39%的磷(磷酸含磷32%),且水溶性更好,但因為植物體內缺少能夠同化亞磷酸的代謝機制,所以,施用亞磷酸化合物以後,需要根和葉表面上的微生物一般要經過3~4個月,先把亞磷酸轉化成磷酸才能被植物吸收並利用,這就很容易造成當亞磷酸產品單獨施用或高比例與磷酸鹽配合施用後,植物生長反而會出現缺磷的表現。因此,亞磷酸鹽化合物目前還不適合作為植物的磷肥單獨使用。
亞磷酸和磷酸在分子結構上有哪些不同導致它們在植物上有了這些差別呢。
簡單說,亞磷酸實際上等同於磷酸分子中的一個氧被一個氫替換了。這就造成它們在細胞內與其它生物酶相結合參與新陳代謝的性質發生了變化。磷酸的分子中磷原子位於中間,伸出的四個手臂都帶有一個氧原子,這在分子的三維立體結構上看,等同於結構平衡的四面體。亞磷酸的三維立體結構也是一個看似平衡的四面體,但其中的一隻手臂發生了變化。使它在與其它生物酶相接觸的時候就會發生與磷酸分子不一樣的反應。也使亞磷酸及其鹽化合物具備了磷酸鹽所不具備的一些生理功能。
上世紀70年代末,法國科學家發現了亞磷酸鋁也就是膦酸鋁,有殺菌的活性,並且其中的膦酸還可以在植物體內上下移動傳導。從此誕生了有機磷殺菌劑中的一個對卵菌特效的經典性殺菌劑:三乙膦酸鋁(又叫乙磷鋁)。
後來,科學家們通過大量的試驗證明,亞磷酸化合物的確是對一些細菌和真菌性植物病原菌有較明顯的抑制效果並能夠激活植物的抗菌免疫機制,但和真正的殺菌劑相比較,無論是殺菌譜還是殺菌效果還是有限的。因此,很多農化公司如今往往是把亞磷酸化合物作為輔助性成分添加進農藥產品中。
有證據表明亞磷酸鹽被吸附並固定在土壤礦物顆粒上的程度比磷酸鹽小。該屬性可用於增強施肥帶或滴頭中磷的流動性。雖然這種潛在的益處還沒有數據研究,但其更強的溶解性已被用於配製含鈣(Ca),鎂(Mg)和鉀(K)的亞磷酸鹽肥料。
科學家們在對亞磷酸的研究中發現,在植物體內亞磷酸分子和磷酸分子同時存在於細胞中的時候有協同作用。我們知道,細胞內的液泡相當於一個臨時儲存原材料的庫房。一般的,磷酸根離子在被細胞同化利用之前先暫時儲存在液泡中,當細胞中有足夠的磷酸根離子時,亞磷酸根離子也主要存在於液泡中,這就會反過來促進液泡吸納更多的磷酸根離子從而更有利於磷在細胞中的被利用。但是,當細胞中的磷很少即缺磷的時候,施入的亞磷酸根離子會優先進入細胞質中,並阻止液泡中的磷酸根離子滲出而難以被植物利用,結果造成細胞缺磷境況更加嚴重。這也就是為什麼單獨使用亞磷酸產品時反而很容易造成植物更缺磷的原因之一。或者說,生產中應該是亞磷酸產品和磷酸產品配合使用,或在植物不缺磷的時候使用。
由於亞磷酸在植物體內不能轉化為磷酸也不能參與代謝,所以,當細胞內積累了過量的亞磷酸以後就可能會造成細胞中毒,使葉片發黃、根系生長不良、植株矮小,有的時候老葉片中還會積累較多的呈斑塊狀出現的花青素。但有時候也會觸發植物對不良環境的耐受機制和營養利用。
亞磷酸對植物,尤其是經濟作物的刺激效應主要表現在產量、果實品質上的改善以及對不良環境的耐受水平上。儘管已經有了大量的實驗和生產套用證明了這些功能,但其具體機制目前還缺乏足夠的研究,許多解釋都是建立在推測上的。
比如,在草莓、洋蔥、馬鈴薯和番茄上使用亞磷酸產品,可以增產、洋蔥蔥頭長得更大、草莓和番茄的果實品質更好。Lovatt和Mikkelsen(2006)推測,可能是亞磷酸影響了植物體中的糖代謝,引起內部激素和化學變化,並引起莽草酸途徑,從而使這些作物的花和果實生長更好、可溶性固形物含量更高;
將亞磷酸鉀施用於馬鈴薯種薯塊莖和葉子上,結果使塊莖周皮和皮層組織中的果膠含量增加,多聚半乳糖醛酸酶和蛋白酶抑制劑的含量和活性也有增加,並且在處理植株的塊莖周皮中檢測到幾丁質酶的新異構體。這些結果表明,施用於種薯塊莖和葉子上的亞磷酸在塊莖周皮和皮層中誘導了防禦反應,並且這些反應與這些組織中的結構和生物化學變化相關;
亞磷酸產品在柑橘、鱷梨和桃上的使用也表現出類似以上作物的反應。
目前,亞磷酸產品主要是以亞磷酸鉀、亞磷酸鋁和亞磷酸的有效成分形式套用於農業生產中。
趙占周
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