幾丁質(zhì)和殼聚糖在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用

唐勇軍，盧向陽，鄒 俊

（1.湖南工程學(xué)院，湖南 湘潭 411014；2.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)，湖南 長沙 410128）

由于幾丁質(zhì)和殼聚糖特有的分子結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)及生物學(xué)功能，人們對它們的研究越來越廣泛和深入，關(guān)于他們的報道也越來越多，涉及了醫(yī)學(xué)、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、衛(wèi)生和環(huán)境等領(lǐng)域[1－4]，相關(guān)產(chǎn)品也不斷出現(xiàn)。在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中，它們發(fā)揮著重要的作用，產(chǎn)生了巨大的社會效益和環(huán)境效益，并有著廣闊的發(fā)展前景。

1 在果品、蔬菜保鮮上的應(yīng)用

幾丁質(zhì)和殼聚糖是氨基多糖高分子聚合物，具有良好的成膜性和抑菌功能。用稀酸溶解幾丁質(zhì)或殼聚糖，將所得溶液噴施于果品、蔬菜后，可以形成無色透明薄膜。此膜具有防止果品、蔬菜失水，保持果品、蔬菜的原色原味，降低營養(yǎng)成分的流失等功能，也可以抑制微生物侵染，防止果品、蔬菜腐爛[5]。此外，幾丁質(zhì)、殼聚糖成膜后，能抑制果品、蔬菜的呼吸作用，并改變呼吸作用途徑，使其在貯藏過程中，糖酵解-三羧酸循環(huán)（EMP-TCA途徑）在總呼吸中所占比例下降，而磷酸戊糖途徑（HMP途徑）上升，呼吸底物自身的氧化性減少，提高了耐貯藏能力[6－7]。

超氧物岐化酶（SOD）是一種清除自由基的保護酶，它在過氧化物酶（POD）和過氧化氫酶（CAT）的共作用下，能清除細胞自由基，減少自由基對細胞膜的損傷，從而延緩細胞衰老。脂氧合酶（LOX）可以促進膜脂過氧化，降低細胞膜的穩(wěn)定性，導(dǎo)致細胞內(nèi)物質(zhì)損傷。水茂興等研究表明，用殼聚糖對采后黃花梨處理后，果實SOD活性提高36.2%～133.3%（p<0.01），而脂氧合酶（LOX）活性顯著降低。用殼聚糖處理青椒后，其固形物、有機酸、可溶性蛋白質(zhì)和Vc等含量增加，丙二醛（MDA）減少，膜透性減小，其耐貯能力得到增強[8－9]。

2 在飼料添加劑和動物醫(yī)藥上的應(yīng)用

幾丁質(zhì)和殼聚糖是帶正荷的陽離子聚合物，也是自然界唯一的堿性多糖，且無任何急性和慢性毒性。因此，在飼料添加劑和動物藥學(xué)上具有廣闊的應(yīng)用前景。幾丁質(zhì)和殼聚糖具有較高的陰離子交換能力，與膽汁酸有很好的結(jié)合能力，阻止膽汁酸的循環(huán)，減少脂肪的吸收，降低動物產(chǎn)品中的膽固醇含量，提高產(chǎn)品質(zhì)量[10－11]。由于殼聚糖的抑菌活性，它可以抑制病原真菌繁殖，同時可促進腸道有益菌的生長，改善小腸代謝功能，促進動物生長。幾丁質(zhì)、殼聚糖可吸附H+、中和胃酸、保護胃粘膜，使體液呈堿性，提高機體免疫力，從而減少動物疾病的發(fā)生。馬小珍等在肉仔雞日糧中添加殼聚糖，發(fā)現(xiàn)腹脂（p<0.01）、皮下脂肪（p<0.05）、肌間脂肪（p<0.05）的沉積顯著降低，血清甘油三酯（p<0.05）、總膽紅素的含量（p<0.05）顯著減少，脂肪吸收也明顯減少[12]?？氯~艷等的實驗結(jié)果表明，口糧中添加3%殼聚糖，鵪鶉增重量和飼料利用率分別提高5%和6.7%，T淋巴細胞轉(zhuǎn)化率提高42.15%（p<0.05），脂肪吸收降低，免疫機能增強，同時血液中甲狀腺激素水平發(fā)生顯著變化[13]。殼聚糖能激活巨噬細胞，誘發(fā)延發(fā)性超敏反應(yīng)，產(chǎn)生循環(huán)抗體；能誘發(fā)T細胞，激活NK細胞；能誘發(fā)細胞因子，起到非特異性免疫機理作用。此外，與戌二醛交聯(lián)的殼聚糖對口蹄疫病毒有一定抗性，這種抗性可持續(xù)一周，在注射第3天達到最高峰。因此，殼降糖可作為一種免疫增強劑，用于口蹄疫苗或其它疫苗[14]。殼聚糖對動物創(chuàng)傷有治療作用，并已成功開發(fā)出制品。相關(guān)研究已證明了殼聚糖對感染性牛蹄皮炎和趾間腐爛的治療效果[15]，在260例治療中，有250例內(nèi)芽組織形成良好，被治愈，而趾間腐爛和膿腫則全部治愈。

3 在病蟲害防治上的應(yīng)用

3.1 對植物病害的抑制作用

大量研究表明，由于幾丁質(zhì)和殼聚糖的抑菌活性，能對植物病原菌起到較好的抑制作用[16]。于漢壽等用殼聚糖處理小麥、水稻和油菜后發(fā)現(xiàn)，殼聚糖對小麥紋枯病、水稻惡苗病和油菜菌核病都有不同程度的抑制作用，抑制率分別達到30%、80%和30%～50%，其中，小麥、水稻產(chǎn)量分別比對照增加了9.8%和15.47%[17－18]。殼聚糖對植物病害的抑制主要通過2種途徑來發(fā)揮作用。其一是誘導(dǎo)植物自身的防衛(wèi)反應(yīng)，產(chǎn)生抗病特性。殼聚糖能誘導(dǎo)植物產(chǎn)生抵御病原物質(zhì)的病程相關(guān)蛋白（PRs），如植物抗毒素（phytoalexin）、幾丁質(zhì)酶（chitinase）、殼聚糖酶（chitosanase）和β-1,3-葡聚糖酶（β-1,3-glucanase）等[19－20]。植物抗毒素有明顯的抗菌活性，在幾丁質(zhì)酶和β-1,3-葡聚糖酶共同作用下，可以在體外抑制真菌生長。幾丁質(zhì)和殼聚糖也可誘導(dǎo)植物在病菌侵染部位木質(zhì)化形成一個物理屏障，阻止病原菌擴散，從而增強植物的抗病力。此外，還可誘使植物產(chǎn)生愈創(chuàng)葡聚糖，增強植物細胞壁。其二是直接抑制病原菌。殼聚糖能改變病原菌細胞膜的通透性和流動性，干擾DNA的復(fù)制與轉(zhuǎn)錄，阻斷病原菌的代謝，從而起到抑菌效果[21]。

3.2 幾丁質(zhì)的殺蟲作用

幾丁質(zhì)抑制劑防治害蟲已引起重視，這種殺蟲劑微毒、高效、安全，能抑制昆蟲生長，幾丁質(zhì)合成導(dǎo)致昆蟲不能生成新的表皮，在脫皮變態(tài)時死亡。熊惠龍等用幾丁質(zhì)抑制劑防治松毛蟲，幾丁質(zhì)抑制劑對松毛蟲有較強的抑制作用和拒避作用，當(dāng)25%膠懸劑釋稀100倍時，殺蟲率高達100%，噴藥后3～5 h松毛蟲停止聚食，不危害針葉，死亡高峰期在施藥后第10～15天，直到25d還有蟲死亡[22]。另外，有報道證實，采用幾丁質(zhì)合成劑分別防治棉鈴蟲和儲糧甲蟲，都有比較好的效果[23]。

4 在植物生長調(diào)節(jié)上的應(yīng)用

作為植物生長調(diào)節(jié)劑，殼聚糖的特異性比一般的植物激素強[24]，它主要通過種子包衣，泡根和葉面噴施等方式來應(yīng)用。其中，種子包衣的應(yīng)用最為廣泛，效果也是最好的。師素云[25]等的實驗表明，用羧甲基殼聚糖處理玉米種子，可以明顯提高種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率和實生菌株。處理后，胚乳中α-淀粉活性酶、α-淀粉同工酶，以及葉片中葉綠素含量明顯提高，這表明羧甲基殼聚糖能加速種子萌發(fā)過程中胚乳淀粉的水解，為種子萌發(fā)提供充足的養(yǎng)分，有利于幼苗生長，對幼苗有明顯的生理調(diào)節(jié)功能。在玉米花期用羧甲基殼聚糖處理，玉米籽粒的谷氨酰胺合成酶（GS）、谷氨酸脫氫酶（GDH）以及谷丙轉(zhuǎn)氨酶（GPT）的活性明顯增強，促使籽粒貯藏蛋白的含量增高，產(chǎn)量增加。Knoor等研究表明[26]，殼聚糖與植物細胞壁成分——多聚半乳糖的醛酸結(jié)合后，細胞透性增加，低分子化合物泄露增多。他用殼聚糖包埋三色莧菜細胞后進行培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)從莧菜細胞中釋放的草酸鹽多于一般游離懸浮培養(yǎng)細胞，這說明殼聚糖既可包埋細胞又能促進細胞代謝物的排泄。

5 在土壤改良劑和肥料上的應(yīng)用

多聚糖是一類天然的土壤結(jié)構(gòu)改良劑，也是國外研究應(yīng)用較廣闊的一種改良劑。幾丁質(zhì)和殼聚糖屬于氨基多糖，含有豐富的C、N元素，能被微生物降解利用，作為植物生長的養(yǎng)分。幾丁質(zhì)和殼聚糖具有膠結(jié)土粒，促進形成團聚體的能力。它們的分子上含有大量羥基，羥基與粘粒礦物晶體表面上的氫原子形成氫鍵，能將分散的土粒膠結(jié)在一起形成團聚體，疏水基覆蓋在粘粒表面，改變了粘粒的水合性，使形成的團聚體具有水穩(wěn)性。另外，幾丁質(zhì)和殼聚糖能改變土壤、根際和植物根組織微生物區(qū)系，促進有益微生物的生長，抑制植物病原菌[27]。Hallmann用幾丁質(zhì)處理棉花根際后，發(fā)現(xiàn)棉花寄生線蟲基本被抑制[28]。幾丁質(zhì)和殼聚糖也能促進一些真菌、細菌產(chǎn)生幾丁質(zhì)酶和殼聚糖酶，抑制一些病原真菌的生長[29]。殼聚糖與可溶性蛋白合成的液體土壤改良劑，具有較好的穩(wěn)定性和可降解性，能改善土壤的團粒結(jié)構(gòu)，降解后還能成為優(yōu)良的有機肥料。在復(fù)合肥料中，添加脫乙?；鶜ぞ厶侨芤?，可以成倍提高顆粒率，改善復(fù)合肥質(zhì)量。

綜上所述，由于其本身的生物學(xué)功能，及其無污染、可降解等性能，幾丁質(zhì)和殼聚糖在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域已顯示出巨大的應(yīng)用潛力。隨著研究的進一步深入，它們將在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用。

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