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BSM CHEMICAL IMPORT & EXPORT CO.,LTD.

英杰维特 (Ingevity):生物刺激素市场迎高速增长 行业法规逐渐明朗

来自话题:#生物刺激素
2021-12-09
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随着全球人口的快速增长以及可耕地面积的持续减少,农药制造商,农民和政府在如何满足日益增长的粮食生产需求,并且同时维持可持续的农业实践方案的问题上面临着前所未有的巨大压力。1 极端的环境条件和气候变化很大程度上增加了农作物生长过程中的来自外界环境的压力,并对作物产量产生了负面影响。以上种种因素推动了生物刺激素类产品的研发。通过帮助作物在整个生长周期中吸收营养,此类产品在传统作物保护类产品的基础上,为作物生产的可持续发展提供了有效的替代方案。


尽管植物刺激素这个用语自从1997年就已经在被广泛提及和使用了,但是直至今日,这个名词依然没有一个在世界范围内被广泛接受,可以被商业化使用 ,或者被监管机构承认的的定义。近些年来,欧洲植物刺激素工业协会委员会(EBIC)发表了新的欧洲肥料法规 (No. 2019/1009),此法规提出的植物刺激素的定义被多个政府监管机构认可,并明确了其相关产品在欧盟国家注册的具体步骤。这项新的欧盟法规会在2022年开始生效,并将在之后的三年中逐步制定新的产品开发流程和测试方法标准。2


根据欧盟的定义,植物刺激素包括在对作物或者土壤使用后可对植物产生刺激,并进一步促进植物营养吸收,提高作物质量和作物抵抗外界环境压力的能力的物质或者微生物。在美国,18 H.R. 2: 2018年农业改善法案 (曾称为农业法案)定义生物刺激素为一类可以刺激作物提高营养吸收,营养效率,或提高作物抵抗力的物质或者微生物。2 此定义在美国被生物制品工业协会(BPIA)所接受,并得到了美国各州政府,联邦政府监管机构以及作物保护市场的认可。根据以上的定义,植物刺激素不会对作物的抗病虫害或者对杂草有直接的作用,而是用于提升作物和土壤中的一些自然过程以提高植物对环境的适应能力,并最终维持土壤健康并提高作物产量。


生物刺激素涵盖多种品类,目前市场上的生物刺激素产品也层出不穷,这些产品对植物和土壤层的影响不尽相同。图1中列出不同种类的生物刺激素。在如此丰富的产品群中,生物刺激素的性能表现存在广泛的差异性,一些产品在使用后有着显著的功效,对比之下,另外一些常见的产品的效果则非常有限。在大多数国家中,生物刺激素类产品不需要注册,这种缺乏监管的体制也是造成市场对此类产品存疑的重要原因。对于购买此类产品的建议,主流的观点是只购买有良好声誉的公司生产的相关产品。对于这个领域的系统的学术研究也迫在眉睫,以便为种植者提供明确的使用指导,以应对不同作物,土壤特质,以及气候条件带来的复杂性。此外不同的种植方法也会对生物刺激的性能表现有着非常大的影响,但是目前并没有很多对此的细致研究。

 

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图1: 生物刺激素来源3

 

一般来说,生物刺激素可以分成五类:氨基酸,微生物,植物提取物,有机酸和海藻提取物。另外一类产品是生物肥料,通常情况下此类产品是不归入生物刺激素的,但却与之有着紧密的联系。3,4


氨基酸类产品


氨基酸类生物刺激素(以及其他基于多肽或蛋白质的蛋白衍生物)可以从动物,植物或者微生物蛋白的化学或酶水解中提取。蛋白质来源通常是农作物残留物或者动物加工的回收废物,如胶原蛋白,上皮组织,甲壳类贝壳和其他材料。将这些废物回收并用在有用的农产品中,是蛋白质衍生类生物刺激素独有的环保效益。现有充分证据表明,合理正确使用此类生物刺激素可以带来多种好处,包括提高土壤肥力,改善植物健康和活力,提高作物产量,质量以及提高抗压能力。5


微生物类生物刺激素


微生物类生物刺激素是由有益真菌和细菌组成。此类别在整个生物刺激素类产品中占比最少,然而却是增长最快的。微生物类产品通常是通过发酵工艺生产,具体包括基于单个分离体的纯菌株,混合菌种,或者是有机物加工中衍生出的自然菌群等多种发酵方式。目前已经有直接或者间接的证据表明微生物生物刺激素对于植物生长有着正面的帮助。一些被大家广泛熟知的微生物类农药产品,如枯草芽孢杆菌和哈茨木霉菌也同样具有生物刺激素的作用。许多新发现的生物杀菌剂都同时具有杀菌和生物刺激功效,可以提升作物对病虫害的先天耐受性。4,6


植物提取物


虽然植物提取物类产品是生物刺激素中增长很快的类别, 目前学术和工业界对于此类产品的研究还不够透彻。从植物中提取,浓缩和使用化感素是工业和学术界需要共同探讨的话题。化感素是从植物中提取和浓缩的一类活性物质,如何使用此类物质是目前工业和学术界研究的一个活跃领域。此类物质从植物根部释放到土壤中,可以抑制甚至杀死邻近的植物。一些常见的可产生化感素的植物包括英国桂花,熊莓,漆树,杜鹃花,接骨木果,连翘和大蒜。4,6


腐殖酸


腐殖质物质是地球上最常见的有机物质之一,是土壤中有机物的主要构成部分,其中最常见的是腐殖酸和富里酸。腐殖酸和富里酸是动植物自然降解和微生物代谢的产物,这些物质的化学结构和组分构成非常复杂。尽管各种腐殖酸类物质在分子结构和分子量上差异显著,在过去几十年,腐殖酸对改善土壤结构和功能的功效已经被人们广泛认可 (比如营养素螯合,提高阳离子交换能力),这些作用是提高作物营养吸收,并最终提升作物品质和产量的关键之一。腐殖酸的应用可以通过多种方式来来实现, 其中包括直接用于土壤中,叶片喷洒,或者和肥料以及其他类产品混合灌溉。7,8


海藻提取物


海藻在农业中的使用可追溯到远古时代。具体是用于通过提高有机物含量来增加土壤肥力。海藻提取物,也称为海带或者海带提取物,现如今在农业中广泛使用。它们已被证明可以用于改善土壤特性,包括土壤结构,持水性,以及透气性,并且可以帮助螯合营养物。海藻提取物还被证明对有益土壤微生物的繁殖有帮助,并改善植物养分的供应,吸收和应用。其作用归因于它提供了植物生长激素以及一些独特的多糖和多酚类物质。市场上大部分的商业海藻素提取物产品由棕色海藻制成,包括泡叶藻,墨角藻,褐藻,马尾藻,大圆盘珊瑚。海藻素提取素在低浓度下仍具有生物活性,这表明它对作物的功效不仅是直接的营养供应,且具有更深层次的对植物的系统刺激。9


生物肥料

生物刺激素

微生物

氨基酸

微生物

植物提取物

有机酸

海藻提取物

固氮菌

蛋白质水解物

有益真菌


腐殖酸

褐藻


单个氨基酸

有益细菌


富里酸


图2: 生物刺激素和生物肥料3

 

生物肥料


尽管生物肥料并不真正意义上属于生物刺激素,但是通常和其紧密相关。原因之一是多年来,生物刺激素类产品是通过肥料法规在许多国家注册的。根据目前的定义,生物肥料含有活菌。当应用于种子,植物表面或土壤中时,这些活菌在这些表面上寄生,并且提高宿主植物土壤层附近养料的供应,最终促进植物的健康生长。生物肥料通常可被划分成以下几种,包括植物生长促进菌,游离活菌,还有泡囊丛枝真菌。10,11,12,13


固氮细菌

假单胞菌

戴尔福特菌

变色菌

致金色假单胞菌

食酸戴尔福特菌


绿叶假单胞菌


固氮螺旋菌

荧光假单胞菌

伯克霍尔德菌

螺菌

青枯假单胞菌

洋葱伯克霍尔德菌

含脂螺菌

丁香假单胞菌




类芽孢杆菌

土壤杆菌

芽孢杆菌

马氏类芽孢杆菌

放射性细菌

坚强芽孢杆菌



地衣芽孢杆菌

泛生菌

沙雷氏菌

巨大芽孢杆菌

成团泛生菌


粘液芽孢杆菌



短小芽孢杆菌



枯草杆菌






根瘤菌






链霉菌



灰色链霉菌



利迪链霉菌


图3. 常见的植物生长促进菌种类9,10

 

全球市场


目前市场上的生物刺激素类产品种类繁多,尽管缺乏通用的专业术语和明确的监管法规,当今全球生物刺激素的市场份额庞大,已接近30亿美元,这个数字只是估算,实际上也许更高。据估计生物刺激素市场以每年12-15%的增速快速扩张,3,6  其中以腐殖质和海藻提取物类产品为主,约占50%的生物刺激素市场,另外一些产品,例如氨基酸和微生物类也增长迅速。随着人们对植物健康的全面关注,并将其于土壤微生物群密切关联,我们不难预测未来的生物刺激素市场将持续增长。

 

文献来源:

1.  “Evolution of the Crop Protection Industry since 1960” Phillips McDougall, Informa, November 2018

2.  TSG Consulting, “Regulatory landscape”, August 09, 2019

3.  “Sources of biostimulants”, BPIA Spring Meeting, 2018,

4.  “Plant biostimulants: Definition, concept, main categories and regulation”, Patrick du Jardin, Scientia Horticulturae 196 (2015) 3–14

5.  “Effect of the New Plant Growth Biostimulants Based on Amino Acids on Yield and Grain Quality of Winter Wheat”, Małgorzata PopkoIzabela Michalak, Radosław Wilk, Mateusz Gramza, Katarzyna Chojnacka, Henryk GóreckiMolecules; 2018 Feb 21;23(2):470.

6.  “Types of Biological Products”, Dunham Trimmer Market Research presentation “Biological Products around the world”, BPIA Spring Meeting, 2018

7.  "Physiological responses to humic substances as plant growth promoter", Canellas P.L and Olivares F.L. Chemical and Biological Technologies in Agriculture. (2014)

8.   "Properties of humic substances"Archived from the original on February 15, 2020. Retrieved April 28, 2021.

9.  “Seaweed extracts as biostimulants in horticulture”Dhriti Battacharyya, Mahbobeh Zamani Babgohari, Pramod Rathor, Balakrishnan Prithiviraj; Scientia Horticulturae

Volume 196, 30 November 2015, Pages 39-48

10.“Selection and Assessment of Plant Growth-Promoting Rhizobacteria for Biological Control of Multiple Plant Diseases”,  Ke Liu, Molli Newman, John A. McInroy, Chia-Hui Hu, and Joseph W. Kloepper, Phytopathology • 2017 • 107:928-936

11. “Plant Growth Promoting Bacteria: Mechanisms and Applications”, Bernard Glick, Hindawi Publishing Corporation, Scientifica, Vol. 2012, Sep.2012

12.“Chapter 14-The microbial symbionts: potential for crop improvement in changing environment” Ram Prasad and others, Advancement in Crop Improvement Techniques, 2020 Pages 233-240

13. “Inoculants of Arbuscular Mycorrhizal Fungi (Rhizophagus clarus) increase yield of soybean and cotton under field conditions”, Martha V.T. Celey and others, Front Microbiology, 25 May, 20

 

 


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