來源： 中國農業生產資料協會有機肥分會 清華蘇州環境創新研究院ICSE團隊 2025-11-24 16:35:02
一、多肽與小肽的定義及分類
1.多肽與小肽的定義
多肽和小肽作為蛋白質代謝的中間產物，是由不同數量的氨基酸通過肽鍵連接而形成的化合物。多肽（Polypeptide）：由10-50個氨基酸通過肽鍵連接而成的線性鏈狀化合物。多肽分子量在1000-5000 Da之間，是蛋白質的基本結構單元，可進一步折疊形成具有特定空間結構和生物活性的蛋白質。小肽（Oligopeptide）：通常指由2-10個氨基酸組成的短肽鏈，也被稱為寡肽。小肽分子量在50-1000 Da之間，結構簡單，無需消化即可被人體直接吸收，具有多種生理活性，如抗氧化、免疫調節等。
2.多肽與小肽的分類
根據來源和制備方法的不同，農業領域中應用的多肽與小肽主要可分為三大類別：
（1）化學多肽：這類多肽主要通過化學合成法制備，具有明確的氨基酸序列和結構。化學多肽的優勢在于其高純度和明確的作用機制，使其成為作物保護產品研發的重要方向。
（2）酶解多肽：酶解多肽是通過生物酶水解技術從天然蛋白質中提取得到的多肽片段。這類多肽產品通常來源于動植物蛋白，如大豆、玉米或酵母等。在農業領域，酶解多肽已被廣泛應用于多種產品中，包括促進作物生長的海參肽、大豆多肽、玉米多肽，以及增強作物抗逆能力的抗氧化肽、降膽固醇肽等。 張福鎖院士在新疆生產建設兵團調研的小分子肽氨基酸水溶肥就是典型的酶解多肽產品，在棉花和紅棗種植中表現出顯著效果，能促進作物對養分的吸收，增強光合作用，提高肥料利用率。
（3）物理多肽：物理多肽是利用物理方法（如超臨界、高壓、超聲、電磁場、蒸汽彈射式剪切等）激活或改變天然蛋白質結構而得到的活性肽片段。這類多肽制備方法環保、無化學殘留，但其結構和活性往往受到物理參數的影響較大。物理多肽在農業中的應用相對較新，但已顯示出在促進種子萌發、增強光合效率、植物細胞修復、生物刺激等方面的潛力。
表一：農業中多肽的主要分類及特點
分類
制備方法
主要特點
典型應用
化學多肽
人工化學合成
結構明確、純度髙、作用機制明確
新型生物農藥、除草劑
酶解多肽
生物酶水解
多樣性高、安全性好
植物促生長劑、抗逆誘導劑
物理多肽
物理方法激活
成本相對較低、無化學殘留、環保、結構穩定性較差
種子處理劑、光合增強劑
從功能角度劃分，農業用多肽還可細分為抗氧化肽、降膽固醇肽、類鴉片活性肽、高F值寡肽、食品強味肽等。這些功能各異的多肽通過與植物體內的特定受體結合，參與調控植物的生長發育、應激防御和代謝過程，為現代農業可持續發展提供了新的技術途徑。
二、多肽/小肽在農業中的應用與挑戰
隨著農業綠色發展和化肥農藥減量增效理念的深入推進，多肽與小肽類產品因其環境友好、生物相容性好和不易產生耐藥性等特點，在農業生產中展現出廣闊的應用前景。目前，這類產品已在促進作物生長、增強抗逆能力、防治病蟲害等方面取得顯著成效。
1.多肽小肽類產品的應用現狀
在作物增產提質方面，小分子肽通過調節植物生理代謝和增強養分吸收能力發揮著重要作用。2025年在中國農業科學院植物保護研究所新鄉綜合實驗基地進行的測產觀摩會上，使用黑能量小分子肽處理的小麥實現了16.35% 的增產率，處理區畝產達1546.48斤，相比對照組1329.18斤，單產提升217.3斤。這一效果得益于小分子肽能夠激活植物體內的生長調節系統，增強光合作用效率，促進干物質積累。張福鎖院士在新疆四十六團的調研也證實，施用小分子肽氨基酸水溶肥的棉花植株生長健壯，葉片濃綠厚實，棉鈴飽滿；紅棗樹勢旺盛，果實大小均勻，色澤鮮艷，病蟲害發生率明顯降低。
在植物抗逆減災領域，小信號肽（SSPs）作為短蛋白質（少于100個氨基酸），在植物應對環境脅迫過程中扮演著關鍵角色。研究表明，這些小信號肽通過與其特異性受體結合，激活植物的免疫防御系統，增強對生物脅迫（病原菌、害蟲）和非生物脅迫（干旱、鹽堿、低溫、重金屬）的抵抗能力。例如，索爾克生物研究所的植物生物學家發現，一種名為CLE16的小肽能夠促進植物與有益土壤真菌之間的共生關系，使真菌向植物提供更多礦物養分，從而作為一種更自然且可持續的方式促進作物生長，減少對人工肥料的依賴。 這種肽類-受體信號模塊通過調控轉錄組、翻譯組和表觀遺傳修飾， orchestrating植物的發育和適應性響應。
在作物保護方面，多肽類生物農藥正成為化學農藥的重要替代品。根據2024年《Journal of Peptide Science》上的綜述，抗菌肽和殺蟲肽因其低抗性風險和可生物降解的特性，被視為環境友好的作物保護工具。像Micropep公司開發的MPD-01生物殺菌劑，就是基于微肽技術，通過破壞真菌細胞膜或阻斷關鍵蛋白質功能來抑制病原菌。 此外，蜘蛛venom來源的殺蟲肽也顯示出對農業害蟲的高效特異性控制能力，而不對非靶標生物造成危害。
2. 推廣中存在的主要問題
盡管多肽與小肽在農業應用中展現出巨大潛力，但在規模化推廣過程中仍面臨諸多挑戰：
（1）生產成本高企：尤其是化學合成多肽，其合成和純化成本較高，導致產品價格昂貴，難以在大田作物上大規模應用。例如，雖然納米生物肥料顯示出協同提升養分利用效率的多重優勢，但生產成本高仍是當前推廣的主要障礙之一。
（2）效果穩定性不足：多肽類產品的田間效果常受環境因素（如溫度、pH值、降雨）和土壤微生物活動的影響，導致效果不穩定。 特別是在復雜多變的田間條件下，多肽的穩定性和持久性難以保證，不同地區、不同年份的應用效果差異較大。
（3）技術認知局限：目前科學界對多肽與植物相互作用的具體機制尚未完全闡明。例如，小信號肽在植物抗逆信號通路中的精確作用機制、肽-受體互作的特異性基礎等仍需深入研究。這種基礎理論的不足直接限制了多肽產品的精準設計和應用效率提升。
（4）監管政策缺位：多肽類農業投入品的監管框架和標準體系尚未完善，缺乏專門的產品分類、安全評價標準和注冊登記通道。 正如Micropep公司首席技術官Mikael Courbot所指出的：“鑒于生物制品的監管框架仍在不斷發展，數據驅動的流程至關重要”，但目前統一規范的監管體系仍在建設中。
（5）農民接受度不高：由于多肽類產品是相對新穎的農業投入品，許多農民對其作用機制和使用技術缺乏了解，加之成本較高，導致推廣速度受限。傳統的化肥農藥已形成固定的使用習慣和市場渠道，改變這一現狀需要時間和大量的技術培訓。
表二：多肽農業應用中的主要問題與應對策略
問題類型
具體表現
潛在解決途徑
成本問題
化學合成肽成本高，大田應用不經濟
開發高效表達體系，優化生產工藝
穩定性問題
田間環境下易降解，效果不穩定
采用納米載體、微膠囊包埋技術
技術問題
作用機制不明確，產品設計盲目
加強基礎研究，利用AI預測結構功能
政策問題
缺乏標準與監管框架
建立專門評價體系，完善注冊通道
推廣問題
農民認知度低，接受速度慢
示范田建設，技術培訓，補貼政策
三、多肽與小肽的發展趨勢與前景
隨著生物技術和人工智能的迅猛發展，多肽與小肽在農業領域的應用正朝著更精準、更高效和更智能的方向演進。基于當前的研究進展和技術積累，可以預見多肽與小肽在農業中的未來發展將呈現以下幾大趨勢：
1. 精準農業與智能設計
人工智能與大數據技術的結合正革命性地改變多肽產品的研發策略。通過AI驅動平臺，如Micropep Technologies公司的Krisalix系統，研究人員能夠虛擬篩選數百萬個候選肽序列，根據結合動力學、功效和穩定性對最有前景的候選物進行排序，大幅縮短研發周期。 這種智能設計方法不僅考慮多肽的生物活性，還同步預測其可生產性和環境穩定性，實現從實驗室到田間應用的無縫銜接。隨著蛋白質結構預測精度提升和生成式AI算法的進步，多肽設計正從傳統的“試錯式”向精準靶向設計轉變，能夠針對特定作物病原菌或逆境脅迫，定制高效解決方案。
未來，基于AI的多肽設計平臺將更加注重多靶點協同作用，設計可同時應對多種脅迫的“多功能肽”或“復合肽”。例如，一個多肽分子可能既具備抗菌活性，又能誘導作物抗逆響應，還可促進養分吸收，實現“一肽多用”的綜合效果。此外，隨著對植物受體-肽互作機制理解的深入，個性化定制針對特定作物品種、特定生長環境的“復合肽”類調節劑將成為可能，真正實現精準農業的愿景。
2.綠色投入品與可持續發展
在全球推進農業綠色發展和可持續發展的大背景下，多肽類農業投入品因其生物可降解、環境兼容性好和靶向性強等特點，正成為化學農藥和化肥的重要替代品。研究表明，小信號肽如CLE16能夠促進植物與土壤真菌的共生關系，增強植物對礦質養分的吸收，減少對人工肥料的依賴。 這種基于植物自身信號分子的策略，為開發更加自然和可持續的農業生產方式提供了新途徑。
隨著合成生物學技術的進步，通過工程微生物大規模發酵生產高附加值農業用多肽已成為現實，這顯著降低了生產成本，使大田作物應用成為可能。例如，通過改造芽孢桿菌或酵母菌，使其高效表達具有農業價值的功能肽，如抗菌肽、促生長肽等，這些微生物本身即可作為生物肥料或生物農藥使用，在植物根際或葉面定殖并持續產生功能肽，實現長效作用。
未來，多肽類綠色投入品將更加注重生態安全性和系統效益，不僅關注其對靶標作物的直接影響，還會評估其對土壤微生物群落、生態環境和食物鏈的長期效應。多肽產品將與有機農業、再生農業等可持續農作模式深度融合，為構建氣候智慧型農業提供關鍵技術支撐。
3. 技術融合與系統解決方案
多肽技術與納米材料、信息技術等前沿領域的交叉融合，將催生新一代智能農業投入品。例如，將多肽與納米載體結合，可構建刺激響應型控釋系統，在特定環境信號（如病原菌分泌物、植物應激信號或特定pH值）觸發下精準釋放活性成分，提高利用效率并減少損失。 這種“智能肽”系統能夠根據作物實際需求調節釋放速率，實現“按需供給”。
另一種趨勢是將多肽產品納入綜合養分與病蟲害管理系統，與傳統農業投入品協同使用。
中國科學院南京土壤所聯合清華蘇州環境創新研究院在江西省景德鎮心連心示范田做了多組晚稻大田試驗。研究表明：①小分子肽能夠增強作物對養分的吸收和利用效率，對水稻畝穗數的影響不顯著，主要影響穗粒數和千粒重。與化肥配合使用可在減少化肥用量的同時維持作物產量；②不同來源蛋白肽葉面肥對水稻增產效果不同，每畝施用200克羊皮復合肽有機水溶肥水稻增產1.12-10.36%，稻米蛋白質含量提高16-20.8%。
多肽類生物農藥與低劑量化學農藥混用，往往表現出協同增效作用，顯著降低化學農藥殘留風險。
未來多肽技術在農業中的應用將更加系統化和整體化，不再局限于單一功能或單一作物，而是圍繞農業生態系統健康、作物全生命周期管理和糧食供應鏈韌性，提供綜合解決方案。特別是在應對氣候變化帶來的不確定性方面，多肽類產品可通過增強作物對干旱、高溫、鹽堿等逆境的抵抗能力，提升農業系統的氣候韌性，保障全球糧食安全。
四、結束語
多肽與小肽作為連接氨基酸與蛋白質的功能性生物分子，在農業領域展現出巨大的應用潛力和發展前景。蛋白質蒸汽物理剪切法（又稱瞬時彈射式大分子降解技術）所生產的多肽和小肽，因成本低、生產周期短、環境友好，將主導未來的規模化生產。
展望未來，多肽與小肽在農業領域的發展將呈現三大趨勢：一是AI技術賦能精準設計與高效研發，實現多肽產品的定制化和多功能化；二是綠色投入品與可持續發展深度融合，為化學農藥和化肥減量替代提供解決方案；三是技術交叉融合與系統化方案構建，通過多肽與納米材料、信息技術等結合，打造新一代智能農業投入品。隨著科研深入和技術進步，多肽與小肽技術有望在保障全球糧食安全、推進農業綠色轉型和構建可持續農業系統中發揮更為重要的作用。
中國農業生產資料協會有機肥分會 沈建華
清華蘇州環境創新研究院ICSE團隊 于政道、韓志遠、孫棣棣
