一种提高棉花产量和纤维品质的小分子物质
阅读说明：本技术 一种提高棉花产量和纤维品质的小分子物质 (Small molecular substance for improving cotton yield and fiber quality ) 是由 孔祥强 李晨阳 唐薇 罗振 卢合全 尹静 秦澜 于 2021-09-15 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种提高棉花产量和纤维品质的小分子物质ZLC,其有效成分为小分子蛋白ZLC1至ZLC20中的任一种或者两种以上的组合,这些小分子蛋白的后6位氨基酸都是SPGMGH。采用含有上述小分子物质ZLC的水溶液在盛花期喷施棉花叶片,可以增强棉花吸收氮、磷、钾的能力,促进棉花生长,提高棉花产量和纤维品质(纤维长度及纤维强度)。(The invention provides a small molecular substance ZLC for improving cotton yield and fiber quality, which comprises the effective component of any one or the combination of more than two of small molecular proteins ZLC 1-ZLC 20, wherein the rear 6-position amino acid of the small molecular proteins is SPGMGH. The cotton leaves are sprayed with the aqueous solution containing the micromolecule substance ZLC in the full-bloom stage, so that the nitrogen, phosphorus and potassium absorption capacity of cotton can be enhanced, the growth of the cotton is promoted, and the cotton yield and the fiber quality (fiber length and fiber strength) are improved.)
技术领域
本发明属于农业生物技术领域，具体涉及一种提高棉花产量和纤维品质的小分子物质ZLC。
背景技术
植物在生长过程中需要吸收氮、磷和钾等大量元素和铁、镁、锌等微量元素，大量元素和微量元素都是作物生长所必需的。在农业生产中，需要施用含有各种元素的肥料，促进作物生长，提高作物产量。施肥对提高作物产量起到了重要作用，但是随着肥料的大量施用，肥料利用率显著下降，导致肥料流失，引起环境污染。作物根系是肥料吸收的关键部位，氮、磷和钾等养分主要通过根系吸收进入作物。作物根系主要通过不同类型转运体从外部环境中吸收养分。大部分养分吸收基因受外部环境(根际养分含量多少、干旱、盐胁迫等)和内部因素调控。因此通过改变外部和内部环境提高作物根系养分吸收能力，将能够提高作物对养分的利用率。光合作用对植物生长具有重要作用，提高植物光合作用能力，延长植物叶片光合作用时间可促进植物生长。
棉花是抗旱、耐盐、耐瘠薄能力较强的农作物。棉花不同生育期对肥料的需求不同，盛花期是棉花需肥最为旺盛的时期。因此，在大田生产中，为了节省人力，常进行2次施肥，1次是播种时施用基肥，另一次是在花铃期进行追肥。但是，棉花生产中也存在大量施肥导致肥料利用率下降的重要问题。在保证棉花产量不减的前提下，减少肥料投入量，提高肥料利用率是现阶段农业生产要解决的关键问题。
植物激素在动植物生长发育和耐逆中起着重要的调控作用。目前，除了常见的6大类植物激素外，许多小分子蛋白也被发现具有类似激素的功能。目前，已在植物中发现了大量的分泌型的小分子蛋白(多肽)，这些小分子蛋白可在不同组织和器官间转运，在调控植物抗旱、耐盐，调控植物养分吸收等方面具有重要的功能。因此，在充分研究小分子蛋白功能的基础上，开发新型小分子蛋白，并选取关键的小分子蛋白，建立适宜的体外施用方法，可为提高作物养分利用率，提高作物产量，提供全新的科技支撑型的策略方法。
发明内容
本发明的目的是寻找新的提高棉花产量的小分子蛋白，通过叶面喷施的方法增加棉花体内活性小分子蛋白含量，提高棉花吸收养分的能力，增加肥料利用率，同时提高棉花光合作用能力，提高棉花产量和纤维品质。
为此，本发明所采用的技术方案是：一种提高棉花产量和纤维品质的小分子物质ZLC，其特征是，其有效成分为20种小分子蛋白中的任一种或者两种以上的组合，其氨基酸序列为：
ZLC-1：DFRPTTPGHSPGMGH；
ZLC-2：AFRPTTPGHSPGMGH；
ZLC-3：DFRPTNPGNSPGMGH；
ZLC-4：DFRPTTQGHSPGMGH；
ZLC-5：DVRPTAPGHSPGMGH；
ZLC-6：DVRPTTPGHSPGMGN；
ZLC-7：DFMPSGPGHSPGMGH；
ZLC-8：DFPPSGPGHSPGMGH；
ZLC-9：DFRPTAPGHSPGMGH；
ZLC-10：DFQPTTPGHSPGMGH；
ZLC-11：DVHPTPRGHSPGMGH；
ZLC-12：DFRRTSPGHSPGMGH；
ZLC-13：DFRPTTPGNSPGMGH；
ZLC-14：GFRHTTPGNSPGMGH；
ZLC-15：DFRPTTPGSSPGMGH；
ZLC-16：DFQPTAPGNSPGMGH；
ZLC-17：GFRPTTPGNSPGMGH；
ZLC-18：DFKRTSPGHSPGMGH；
ZLC-19：AVRPTKPGHSPGMGH；
ZLC-20：AFRSTTPGHSPGMGH。
进一步的，所述ZLC溶液为含有Silwet系列有机硅表面活性剂的ZLC的水溶液。优选采用Silwet L-77表面活性剂。
优选的，所述ZLC溶液的工作浓度为：单一ZLC或ZLC混合物的终浓度为0.1-0.2g/L(优选0.15g/L)，silwet表面活性剂的浓度为0.005-0.02％(优选 0.01％)。按照上述比例配制，混合均匀后利用喷雾器对棉花进行叶面喷施。
本发明还提供了上述ZLC溶液的大田使用方法，具体为：
1)喷施时期及用量：在棉花盛花期喷施，每亩喷施10-15L的ZLC溶液；选择下午4点以后或阴天无雨时喷施；
2)喷施方法：喷施时尽量让棉花叶片正反面都能均匀喷施上ZLC溶液；
3)喷施效果：喷施ZLC溶液，可促进棉花生长，提高棉花产量，并且提高棉花纤维长度和强度。
本发明的ZLC溶液也可用于小麦、玉米、水稻、花生、大豆、高粱、谷子等农作物，也可用于白菜、大蒜、辣椒、甜瓜、番茄、黄瓜、苹果等蔬菜水果类植物，以及芝麻等经济作物，用于促进上述作物(蔬菜)生长，提高产量和品质，提高氮、磷、钾等养分吸收利用率。
本发明具有如下有益效果：
1、现有技术主要通过常规育种或者分子育种手段提高棉花产量，提高纤维品质。棉花产量和纤维品质是负相关的，常规育种手段很难同时提高棉花产量和纤维品质。本发明方法打破了现有技术的局限，采用叶片喷施小分子蛋白，协同同时提高棉花产量和纤维品质(提高纤维长度和强度)，并且喷施该ZLC 溶液后棉花的养分吸收利用率大幅提高，因此该产品即可减少化肥用量，降低环境污染，又可以提高棉花产量和品质，具有广阔的市场应用前景。
2、本发明经过试验表明，棉花大田叶面喷施后，可显著提高棉花体内氮、磷、钾等养分含量，并能促进棉花生长，提高棉花产量，提高棉花品质。因此，本发明方法不仅可以提高棉花肥料利用率，还具有提高棉花产量和品质的功能，为棉花减肥增效，促进棉花产业可持续发展提供了现实有效的产品和方法。
3、本发明的小分子蛋白序列是经过本申请发明人大量实验验证的，ZLC中添加silwet可促进植物吸收利用小分子蛋白，从而提高棉花养分吸收，提高棉花产量和品质。
附图说明
图1为试验例一用ZLC溶液处理棉花，对棉花生长和产量的影响的结果。注：CK为喷施清水对照，ZLC为喷施ZLC溶液处理。
图2为试验例二用ZLC溶液处理棉花，对棉花养分含量的影响的结果。注： CK为喷施清水对照，ZLC为喷施ZLC溶液处理。
图3为试验例三用ZLC溶液处理棉花，对棉花纤维品质的影响的结果。注： CK为喷施清水对照，ZLC为喷施ZLC溶液处理。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明的技术方案及其所产生的技术效果做进一步的阐述，下述说明仅是为了解释本发明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明所作的任何变换或替换，均属于本发明的保护范围。本发明所述方法如无特殊说明，均为本领域常规方法。本发明所述试剂若无特殊说明均为市售试剂。
实施例1：小分子蛋白氨基酸序列的确定及合成
(1)确定小分子蛋白氨基酸序列
本申请发明人根据多种植物(包括棉花)中的该蛋白序列，结合棉花中该蛋白基因表达丰度，进行了生物信息学的相关分析和研究，并把第13位蛋白换成了蛋氨酸(M)，发现第13位蛋白换成了蛋氨酸后，可显著提高小分子蛋白的功能。因此，最终确定了20种小分子蛋白序列。该20种小分子蛋白的最后6 位氨基酸是保守的，为：SPGMGH。将上述20种小分子蛋白序列分别命名为： ZLC-1至ZLC-20。备注：ZLC代表智慧(Zhi hui)、绿色(Lv se)、棉花(Cotton)。
(2)小分子蛋白合成及保存
利用固相合成方法合成需要的小分子蛋白，并利用反向高效液相色谱和低温冷冻干燥方法进行纯化，获得纯度95％以上的小分子蛋白。该类小分子蛋白可放置在-80℃保存2年左右，在-20℃保存半年左右。
实施例2：叶面肥ZLC配制及施用
取ZLC(单一物质或混合物)15g，用1L去离子水溶解，制成100x母液，母液可在-20℃以下放置1-2周，如在室温需要现配现用。
在大田应用时，取ZLC母液100ml，用自来水进行稀释，最终稀释定容至 10L，然后加入1ml silwet L-77表面活性剂，混合均匀，使其(单一ZLC或 ZLC混合物)终浓度达到0.15g/L，ZLC工作液中含有1/10000的silwet L-77 表面活性剂。
在棉花盛花期进行叶面喷施，喷施量为10-15L/亩；选择下午4点以后或阴天无雨时喷施。喷施时尽量让棉花叶片正反面都能均匀喷施上ZLC溶液。
试验例一、叶面喷施ZLC溶液对大田棉花生长和产量的影响
取充实饱满的棉花K836号种子于2020年4月30日播种于大田。设置20种喷施 ZLC(ZLC-1至ZLC-20共20种类型)溶液的处理，以喷施含有相同浓度的silwet L-77表面活性剂的清水为对照，随机区组排列，重复3次。小区面积30m2，采用 4行区，等行距种植，行距76cm，株距15cm。按照当地植棉习惯对棉花进行日常管理。在盛花期，于下午4点后，每亩叶面喷施0.15g/L的ZLC溶液15L，以喷施清水为对照。在吐絮期，收获棉花，测定棉花生物产量和籽棉产量。本试验中ZLC溶液为分别含ZLC-1至ZLC-20的20种小分子蛋白溶液(制备方法如实施例2所示)。
试验结果：在棉花吐絮期(10月11日)收获棉花，测定生物量和籽棉产量，发现与对照相比，喷施ZLC显著提高棉花生物产量(图1A)和籽棉产量(图 1B)。证实叶面喷施ZLC可以显著促进棉花生长，提高棉花产量。
试验例二、叶面喷施ZLC溶液对大田棉花养分吸收利用的影响
取充实饱满的棉花K836号种子于2020年4月30日播种于大田。设置20种喷施 ZLC(ZLC-1至ZLC-20共20种类型)溶液的处理，以喷施含有相同浓度的silwet L-77表面活性剂的清水为对照，随机区组排列，重复3次。小区面积30m2，采用 4行区，等行距种植，行距76cm，株距15cm。按照当地植棉习惯对棉花进行日常管理。在盛花期，于下午4点后，每亩叶面喷施0.15g/L的ZLC溶液15L，以喷施清水为对照。在吐絮期，收获棉花，测定棉花吸收的氮、钾、磷含量。本试验中ZLC溶液为分别含ZLC-1至ZLC-20的20种小分子蛋白溶液(制备方法如实施例2所示)。
试验结果：在棉花吐絮期(10月11日)收获棉花，测定棉花吸收的氮、钾、磷含量，发现与对照相比，喷施ZLC显著提高棉花吸收的氮(图2A)、钾(图2B)、磷(图2C)含量。
试验例三叶面喷施ZLC溶液对大田棉花纤维品质的影响
取充实饱满的棉花K836号种子于2020年4月30日播种于无棣大田。设置20 种喷施ZLC(ZLC-1至ZLC-20共20种类型)溶液的处理，以喷施含有相同浓度的 silwet L-77表面活性剂的清水为对照，随机区组排列，重复3次。小区面积30m2，采用4行区，等行距种植，行距76cm，株距15cm。按照当地植棉习惯对棉花进行日常管理。在盛花期，于下午4点后，每亩叶面喷施0.15g/L的ZLC溶液15L，以喷施清水为对照。在吐絮期，收获棉花，测定棉花纤维品质。本试验中ZLC 溶液为分别含ZLC-1至ZLC-20的20种小分子蛋白溶液(制备方法如实施例2所示)。
试验结果：在棉花吐絮期(10月11日)收获棉花，测定棉花纤维品质，发现与对照相比，喷施ZLC显著提高棉花纤维长度(图3A)和纤维强度(图3B)。