腐植酸的活性探讨

许恩光

(黑龙江省林业科学院 哈尔滨 150081)

摘 要：腐植酸是有活性的有机质，其活性是连结大农业、大工业、大医药、大环境的纽带，抓住这个纽带就 能更深入了解腐植酸的多功能，更好地利用它为低碳经济服务。探讨有活性的有机质形成，可以促使我们在开 发腐植酸各种产品上注入新的思维，不断创新，开拓腐植酸发展的新局面。 关键词：腐植酸 活性 有机质 低碳经济 创新 中图分类号：TQ314.1 文献标识码：A 文章编号：1671-9212(2013)03-0001-05 Preliminary Study on the Activity of Humic Acid Xu Enguang (Heilongjiang Academy of Forestry, Harbin, 150081) Abstract: Humic acid is an active organic matter, and its activity is a link among large agriculture, large industry, large medicine, and large environment. Catching the ties would be helpful to understanding multifunction of humic acid, and serving for low-carbon economy. Researching the formation of active organic matter could promote to explore a various of new humic acid products, and exploit the new situation of humic acid development. Key words: humic acid; activity; organic matter; low-carbon economy; innovation

中国腐植酸工业协会提出腐植酸为大农业、 大工业、大医药、大环境服务的思想，是腐植酸 行业大发展的一个重要里程碑。腐植酸的一系列 农资产品，为我国农业科技现代化提供了广阔的 发展空间和发展前景。大工业、大医药、大环境 的服务思想，鼓舞了腐植酸行业奋勇拼搏，开创 新局面的决心与信心。怎样能把“四大”服务做 得更好，体现腐植酸在“四大”服务中的核心作 用以及它们之间的关系是什么，这是腐植酸行业 需要深思的问题。现将我的想法作一论述。

1 腐植酸及其活性 腐植酸是一种有灵性的物质，概括说是有活 性的有机质，关键词是“活性”二字。腐植酸的 活性应从生物大分子碳骨架的分解、聚合等过程 中来了解。

1.1 什么是活性 所谓活性是指影响或改变物质与物质之间相 互作用的能力，它包括3种：一是生物活性是指物 质在生物代谢中起到影响或改变生物生理与代谢 的能力，如对生命活动的调控，对有害生物生理 机制的干扰与防治作用[1]；二是指物质官能团之 间，不同化学键相互作用引起物质在性能上改变 的能力，包括各金属元素的活泼性及与各类物质 之间的不同化学反应[2]；三是综合活性，包括生物 活性与化学活性于一体的活性，最突出的是生物 腐植酸，不但具有腐植酸的物化性能，还具有功 能菌的作用[3]。活性的大小对于生物和非生命物 质的影响变化大小是相对应的，活性大的影响变 化大，反之影响变化小。腐植酸的活性是综合活 性，当它用于不同物体如生命与非生命物质时， [收稿日期]2012-04-15 [作者简介]许恩光，男，1939年生，黑龙江省林业科学院研究员。主要从事农药、植物生长调节剂以及腐植酸类农药的研 究和开发。E-mail：fuxiang54@sohu.com。 DOI:10.19451/j.cnki.issn1671-9212.2013.03.002 专题评述 2 腐植酸 2013 年第 3 期 具有明显的选择性，这正是腐植酸灵性的体现， 可以认为具有智能性。

1.2 腐植酸的活性在“四大”中的具体表现 1.2.1 大农业 在大农业中，腐植酸主要表现在生物活性方 面，这可以从农作物生理代谢过程中体现。 (1) 影响植物特别是农作物的呼吸作用。呼 吸作用被认为是生命的标志，呼吸停止，生命就 终结，死亡突现。呼吸作用实质是一系列的氧化 还原反应。北京大学梅慧生教授[4]指出，腐植酸 分子中的酚醌互相转化的结构，使其自身形成一 个氧化还原体系，促进细胞呼吸，加速新陈代 谢，对机体的生理功能进行调节。这实质上是一 个电子得失过程。如C3植物的呼吸代谢的三羧 酸循环中，可以见到的一系列酶促反应中电子传 递链的作用就是证明。酶促反应增强了生物的生 命力，目前已经了解腐植酸可以影响植物体中的 酶活性，包括超氧物歧化酶(S O D)、过氧化氢酶 (CAT)、过氧化物酶(P O D)、多酚氧化酶等200多 种酶[5]。由于腐植酸分子结构中含有氨基酸和蛋白 质，因此也具有类似酶的特性。 腐植酸还具有多种植物激素的作用，很多酶 受到极微量且具有生理活性的分子调控、激素传递 信息等调控。郑平先生指出，腐植酸具有植物生长 调节作用[6]，一些资料表明，腐植酸具有类似生长 素、赤霉素、细胞分裂素与脱落酸的作用[7-9]，他 们对多条代谢途径进行调节，其中包括呼吸作用 与光合作用。 (2) 影响植物光合作用。 光合作用是通过植物细胞中叶绿体内的叶绿 素进行，其作用分子式为： nH2O+nCO2 (CH2O)n+nO2 叶绿体是叶绿素的载体，叶绿素是光合色 素，对光能的吸收和利用具有重要作用，是光合 作用的核心。腐植酸促进植物对矿质元素的吸收 和运转，使叶片中叶绿素含量显著增加，并能提 高保护酶的活性，减轻活性氧对叶绿素的破坏， 从而促进光合作用，提高光合产物的累积。植物 光合作用C3途径中的卡尔文环中发现，无论是光 合作用中的酶活性还是电子传递链的功效，都可 能受到腐植酸或黄腐酸的直接与间接影响[6]。 (3) 影响水分代谢。 早在1996年，许旭旦等[10]的论文中已对腐植 酸的节水抗旱作用做了详细的论述：第一，腐植 酸、黄腐酸通过刺激植物体内酶的活性，催化植 物体内的细胞，加速水分和养分的吸收，以及降 低叶片水势，增强渗透压等代谢活动，刺激植株 在生理上适应旱寒生存环境；第二，它能抑制保 卫细胞中钾的积累，提高其自身保水能力；第 三，增强植物根系活动。 综上所述，腐植酸在植物呼吸作用、光合作 用、水分蒸腾等3个重要代谢中，全面地调控植物 生长与发育，充分体现了其生物活性与效益，把 大农业的发展在适应农业现代化进程上又上了一 个台阶。大农业中腐植酸的活性在它调控作物的 重要代谢过程中展现，具体表现是腐植酸农资系 列产品的功能。

1.2.2 大工业 在大工业中，腐植酸的活性是以化学活性为 主。主要体现腐植酸作为溶剂、吸附剂、表面活 性剂、离子交换剂、氧化还原剂等绿色工业助剂 功能[11]。 这些功能与腐植酸具有多种官能团有密切的 关系，这些官能团包括羧基、酚羟基、羟基、甲 氧基、氨基、巯基等。各种官能团及其在分子中 的三维空间赋予了其大分子特定的化学性质与活 性功能[12]。 官能团的化学特性主要体现在与其他物质 的反应类型，包括氧化反应、还原反应、基团转 移反应、消除反应、异构化反应、缩合反应、水 解反应、分子重排反应，合成反应，与烷基化反 应，以及其他系列反应等[11]。 官能团之间的反应主要表现在化学键上，其 中共价键和官能团是决定其理化性质与生物功能 的核心。腐植酸分子中各种官能团和原子在空间 的排列位置对其化学性能与功能有重要影响。 太阳光 叶绿素 专题评述 3 2013 年第 3 期 腐植酸 腐植酸的分子有不同的构象。构象的实质是 非键合原子或基团的相互作用。这种相互作用是 由于相邻碳、原子或基团之间的距离小于范德华 半径而产生的斥力所致，结果引起两个非键合原 子基团在空间相互位置不同，从而产生不同的空 间排列关系，即不同构象[12]。 氢键对腐植酸大分子的理化性质也有重要 影响。酶催化作用与氢键也有极重要的关系，氢 键使其保持适合与底物结合的构型，在反应进程 中，通过氢键促进反应进行[12]。 此外，腐植酸分子中还广泛存在配位键、离 子键、疏水与亲水基团等，他们对物质之间作用 也有重要影响。 我们探讨大工业领域腐植酸的活性，应当利 用有机化学的基本原理去破解他们的作用机理， 以便指导我们在大工业上更好地利用腐植酸多功 能效应。

1.2.3 大医药 腐植酸在大医药上体现的是综合活性，包括 化学活性与生物活性。这种综合活性在医学上的 作用(功能)是增强人体免疫能力。 从大量实践上看，腐植酸具有抗菌、抗病 毒、消炎、止血、止疼、收敛、抗渗出、去腐生 肌的作用，对多种疾病(如心血管病、肠胃道病、 妇科病、皮肤病等)都有治疗作用，其中很多是生 化反应，即所谓的化学活性。而提高人体免疫力 是腐植酸在医药上的最高效益体现。在临床上不 论作为治疗药物还是药剂的稳定剂，都具有广阔 的应用前景[1]。 腐植酸在医学上的活性，可以用中医的观 点来比较，由于腐植酸是大分子有机混合物复合 体，我们可以截取其中的有用片段，作为中医配 方的活性成分，与中药复配后，他们的综合生物 活性就能很突出地表现出来。 一方水土养一方人。不同地区其水体质量都 有差别，尤其是水中金属元素与腐植酸的差异对 人体健康有很大影响。好山好水好土壤会养出健 康人群，穷山恶水就会养出弱势人群。用泥炭腐 植酸治疗慢性病，已是人们生活中的重要保健措 施，人们的生活也越来越离不开腐植酸。 虽然目前腐植酸在医学上许多机理仍不清 楚，但是试验和临床效果很好，早已得到国内外 医学界的认可在医学上，“乌金”时代已经开 始。腐植酸类物质与中医一样是人类医药宝库中 的重要一员。

1.2.4 大环境 腐植酸应用在大环境中，体现出多功能的综 合活性，其功能包括修复水体、修复土壤、修复 大气。实际上，腐植酸是自然净化力的重要组成 部分。 (1) 修复水体。水体污染一是外来有机化合物 污染，二是重金属过多造成水生生物灭绝，三是 水体富营养化产生有害微生物侵入水体，造成水 生生物异常、生态畸形，如水葫芦、红藻等的大 面积发生。利用生物腐植酸的有益微生物可以抑 制有害微生物；利用腐植酸的胶体性能，可以吸 附与粘合有害物质，约束有害物质的危害等。 (2) 修复土壤。土壤的盐碱化、荒漠化使土壤 结构受到严重破坏丧失保水、保肥的功能。利用 腐植酸的有机质与胶体特性可以维护土壤的团粒 结构、保持土壤中的肥分，腐植酸的生物活性可 促进植物生长，尤其是根系发育，能更好地固定 土壤，减少水土流失。日本、新加坡等规定，每 年必须在耕地中加施腐植酸类物质，此法能够增 加土壤中有机质，也是修复土壤的重要手段。 (3) 修复生态。修复生态主要是减少人为对生 态系统的干扰，增加土壤肥力。可以通过人工施 肥也可利用休闲与封山育林达到此目的，也可以 施用生物肥、有机无机复混肥和改进耕作方法， 提倡免耕等，都有利于土壤中腐植酸的维护与再 生。环境修复要求人们善待腐植酸，合理利用土 地中的腐植酸。 综上所述，大农业、大工业、大医药、大环 境的纽带是腐植酸的活性，即有活性的有机质， 它的表现形式多样，它的活性调控了大农业，促 使作物速生丰产；调控了大工业，使绿色工业大 发展；调控了大医药，使人类更健康；调控了大 环境，使山更绿、水更清、天更蓝。 专题评述 4 腐植酸 2013 年第 3 期 2 构成腐植酸活性物质的形成途径 腐植酸活性的形成需要一定的条件，即要求 一定的物质基础。

2.1 有机质的形成 在生物体中含量最多的是四种元素，碳、 氢、氧、氮，他们占细胞干重的99%，其中碳元素 占细胞干重的1/2，腐植酸及其衍生物(主要是植 物遗骸)是大小分子的碳骨架构型。所谓有机化学 主要是研究碳氢化合物及其衍生物，因此也是研 究腐植酸化学的基础。

2.2 氨的形成 固氮菌可以将空气中的氮生成氨，供植物吸 收利用，其分子式N2+3H2 2NH3。这个过 程也可在高压高温下形成，也可由蛋白质、氨基 酸分解产生。

2.3 氨基酸的形成 植物遗骸的大分子碳骨架构型，经分解形成 小分子有机酸，如α-酮戊二酸、丙酮酸等。这 些小分子有机酸与氨结合就可形成氨基酸(如谷氨 酸、丙氨酸等)。氨基酸在一定条件下，可以从一 种氨基酸转变成另一种氨基酸，如苏氨酸或丝氨 酸可以转化成甘氨酸，由色氨酸或胱氨酸可以生 成丙氨酸，由谷氨酸可以生成脯氨酸等。从而形 成多种氨基酸，为蛋白质的形成打下基础。

2.4 蛋白质的形成 生物中所有蛋白质都是相同的20种氨基酸组 成：它具有生物活性，主要指酶的催化作用及其 生理活性等。其中，氨基酸结合的排序不同对其 活性影响最大。 以下经一系列化学反应展示了腐植酸的生物 活性形成过程。生物大分子碳骨架构型 分解 小分子有机酸 加氨基 氨基酸 转化 形成多种 氨基酸 合成 蛋白质 全酶 (与腐植酸络 合)生成有生物活性的腐植酸。 生物大分子碳骨架构型 分解 小分子有 机酸 聚合 不同分子大小有机质 组合成腐植酸组 分(黄腐酸、棕腐酸、黑腐酸) 复合 形成具有多种 官能团的腐植酸 形成化学活性。 以上2种活性均在腐植酸高聚体混合物中，因 此腐植酸具有综合活性，我们可以通过生物腐植 酸与煤炭腐植酸的形成过程作进一步了解。

3 腐植酸活性的变化与增加活性的途径 腐植酸的活性因其组分、来源的不同也不尽 相同。生物腐植酸由于发酵工艺、原料的差别， 活性也是不同，而且变化很大，因此选择活性高 又相对稳定的腐植酸特别重要。

3.1 腐植酸活性的变化 活性由小变大主要在腐植酸分子的构象上要 有3个变化。一是含氧官能团增加，二是分子量变 小，三是在分子构建中加上含氮化合物。成绍鑫 的研究成果表明，利用化学手段将大分子腐植酸 打断成为小分子腐植酸，从而大大提高活性，是 典型的分子活化范例[13]。

3.2 通过改变腐植酸组分的比例提高腐植酸活性 腐植酸按在溶剂中的溶解性和颜色分类，可 分为黄腐酸、棕腐酸、黑腐酸。在肥料中适当增 加黄腐酸的比例，有助于腐植酸活性提高，可以 认为黄腐酸是腐植酸天然激素的主要构成部分， 特别是在抗旱功能方面尤为突出，黄腐酸加上棕 腐酸是腐植酸肥料的主要组成部分，而棕腐酸与 黑腐酸主要构成土壤改良剂、起到缓释作用的重 要成分。以上3个组分的活性由高到低，但都有生 物活性，这是与无活性有机质的根本区别。

3.3 通过组合腐植酸提高其活性来实现 各地生产的腐植酸在官能团的种类以及3个组 分比例上均不一样，如此合理组合可以提高腐植 酸的活性。 腐植酸活性的提高还利用腐植酸的亲和力， 尤其是黄腐酸与活性大的代谢中间产物H a r pi n蛋 白络合，可以构建更高活性的腐植酸产品。 总之，活性是腐植酸的根。具有活性才能体 现功能，才可以调控生物代谢与非生命物之间的 相互作用，甚至调控环境。认识腐植酸活性的形 成，对于提高腐植酸的功效与改善物质的相互作 用具有重要意义。 辅基 辅酶 辅基 辅酶 专题评述 5 2013 年第 3 期 腐植酸 4 腐植酸活性与低碳经济的关系 低碳经济是用碳排放量来衡量一个社会经济 发展的水平，它包括效益、成本及核算等，所以 具有高效能、低消耗、环保等特点。 (1) 碳排放要从源头抓起，其中腐植酸作为一 个以碳为骨架的高聚体混合物，它在固碳、排碳 与碳的循环利用上都起到重要作用。 (2) 通过各种途径提高腐植酸的活性，实际上 就是提高了含碳化合物的活性与功效，活化了碳 骨架化合物的作用，这是一项重大的贡献，也是 有机碳合理高效利用的重要途径。 (3) 为大农业、大工业、大医药、大环境服务 的思想，指明了腐植酸与低碳经济的内在联系， 起到画龙点睛的作用。腐植酸活性的提高可以认 为是牵了牛鼻子，使腐植酸行业有更好的发展前 景。腐植酸托起低碳经济的一片蓝天，让人民生 活更幸福、社会更和谐、明天更美好。

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