殼聚糖在作物栽培中的研究進(jìn)展

劉清瑋，黃曦漫，李想，劉良堯

（吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院中藥學(xué)院，吉林吉林132101）

殼聚糖是以強(qiáng)堿處理甲殼素后的脫乙酰產(chǎn)物，即甲殼胺，其化學(xué)名為（1,4）-2-乙酰氨基-2-脫氧-β-D葡萄糖。殼聚糖在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中常作為土壤改良劑、防病劑、種衣劑、果蔬保鮮劑、植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑等。此外，在生物、食品、醫(yī)藥、廢水處理、紡織、造紙等領(lǐng)域中均有應(yīng)用。本文僅對(duì)殼聚糖在作物栽培中的應(yīng)用作以簡(jiǎn)要總結(jié)與分析。

1 殼聚糖對(duì)種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)影響研究

1.1 殼聚糖對(duì)種子萌發(fā)的影響

目前，甲殼素及其衍生物常用作種子處理劑以促進(jìn)種子萌發(fā)。大量的試驗(yàn)研究表明，殼聚糖具有促進(jìn)種子萌發(fā)的作用，同時(shí)存在低濃度促進(jìn)、高濃度抑制的現(xiàn)象。曾聰明、王海斌等研究結(jié)果表明，在低濃度范圍內(nèi)，水稻種子的萌發(fā)率隨殼聚糖濃度的升高而升高，但在殼聚糖濃度升高到一定程度后，水稻種子的萌發(fā)路又呈下降趨勢(shì)，甚至低于對(duì)照組[1]。郭永霞等以不同濃度殼聚糖對(duì)大豆種子進(jìn)行處理，結(jié)果表明，當(dāng)處理液濃度為1.0%時(shí)大豆種子的萌發(fā)率最高至96.7%，隨后呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，當(dāng)濃度為3.0%時(shí)種子萌發(fā)率降低至接近對(duì)照組[2]。也有研究以殼聚糖處理煙草、玉米、花生種子，均存在低濃度促進(jìn)高濃度抑制萌發(fā)的現(xiàn)象[3-5]。相關(guān)研究表明，適宜濃度的殼聚糖可顯著增強(qiáng)種子萌發(fā)時(shí)的呼吸速率，加快物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，進(jìn)而促進(jìn)種子萌發(fā)。而過高濃度的殼聚糖容易使種子呼吸過快，致使種子中的能量多以熱量形式消耗，降低了萌發(fā)率[6-7]。

1.2 殼聚糖對(duì)幼苗生長(zhǎng)量的影響

研究表明，適宜濃度的殼聚糖能夠顯著提高幼苗的生長(zhǎng)量。王春瑋等用不同濃度的殼聚糖處理蘿卜種子，研究殼聚糖對(duì)種子萌發(fā)及生長(zhǎng)各項(xiàng)指標(biāo)的影響。研究表明，低濃度處理組，幼苗的芽長(zhǎng)、根長(zhǎng)、干重和濕重均隨著殼聚糖濃度的增加而增加，而當(dāng)濃度超過0.25%后，幼苗生長(zhǎng)開始成下降趨勢(shì)[8]。于明革也做了類似的研究，結(jié)果表明，當(dāng)殼聚糖濃度由0%增加至0.10%時(shí)，黃瓜幼苗的根長(zhǎng)、冠重以及根重也隨之增加；如濃度繼續(xù)上升，幼苗的根長(zhǎng)、冠重以及根重就開始呈下降趨勢(shì)，甚至?xí)抵翆?duì)照組數(shù)據(jù)以下[9]。有研究對(duì)其原理進(jìn)行了研究分析，適宜濃度的殼聚糖可促進(jìn)種子mRNA及蛋白質(zhì)的重新合成，從而徐進(jìn)種子萌發(fā)，提高了種子發(fā)芽率[10]。其他相關(guān)方面研究顯示，羧甲基殼聚糖可提高玉米代謝中谷氨酸脫氫酶、硝酸還原酶等酶活性，從而提高種子萌發(fā)過程中的葉綠素含量及α-淀粉酶活性，調(diào)節(jié)種子萌發(fā)并促進(jìn)幼苗生長(zhǎng)。

2 殼聚糖對(duì)作物產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

2.1 殼聚糖對(duì)作物產(chǎn)量的影響

殼聚糖等甲殼素衍生物在作物增產(chǎn)方面有很大的潛力。殼聚糖通過對(duì)作物進(jìn)行浸種、灌根、沖施及葉面噴施等處理，能促進(jìn)植物某些次生代謝產(chǎn)物的生成，并促進(jìn)光合產(chǎn)物的定向運(yùn)輸，利于提高產(chǎn)量。學(xué)者Freepons利用噴涂的方法處理冬小麥種子，發(fā)現(xiàn)2%殼聚糖可以使每畝增產(chǎn)34.1%，并且分蘗數(shù)增加。美國(guó)華盛頓州立大學(xué)研究組以殼聚糖包衣小麥種子為研究對(duì)象，對(duì)其增產(chǎn)機(jī)理進(jìn)行研究，結(jié)果表明，經(jīng)殼聚糖處理后使小麥體內(nèi)RNA核素可以選擇性合成20種蛋白，增加了合成種類，由于這種電阻響應(yīng)導(dǎo)致豌豆素和抗毒素含量增加[11]。我國(guó)也有相關(guān)方面的報(bào)道，任明興等將殼聚糖以葉面噴施的方法處理茶樹，結(jié)果顯示，適宜濃度的殼聚糖可以增加茶葉中水浸出物和氨基酸含量、降低酚氨比、促進(jìn)芽葉萌發(fā)和生長(zhǎng)并提高產(chǎn)量[12]；何福明等用殼聚糖處理冬小麥種子，可增產(chǎn)5%～30%[13]；劉和眾等研究，用殼聚糖為主要成分的增產(chǎn)劑浸泡馬鈴薯，結(jié)果顯示產(chǎn)量增加20%[14]。

2.2 殼聚糖對(duì)作物品質(zhì)的影響

甲殼聚糖還可提高外作物在和內(nèi)在品質(zhì)。羅兵等對(duì)殼聚糖浸種處理黃瓜，監(jiān)控其品質(zhì)及產(chǎn)量，結(jié)果表明，適宜濃度的殼聚糖可增加黃瓜中可溶性糖、蛋白質(zhì)、游離氨基酸的含量，同時(shí)降低纖維素含量，并使產(chǎn)量明顯提高[15]。分析其原因，可能與殼聚糖能使莖部生長(zhǎng)旺盛有關(guān)，并且甲殼素可螯合微量元素，使微量元素更容易被吸收，從而改善品質(zhì)。

3 殼聚糖對(duì)作物抗病、抗逆性的影響

3.1 殼聚糖對(duì)作物抗病性的影響

殼聚糖還可誘導(dǎo)植物的抗病性。如用濃度在0.01%～1.0%的殼聚糖處理種子可提高花生對(duì)葉斑病、水稻對(duì)胡麻斑病的抗性。并且用殼聚糖為主要成分的復(fù)合粉劑處理水稻種子，可使水稻增產(chǎn)19.4%～36.4%，并對(duì)毒素的抗性提高1.5～2倍。有研究表明，添加適量殼聚糖的水培液可控制由腐霉菌引起的黃瓜猝倒病[16]。以濃度為25～50μg/ml的殼聚糖浸根處理芹菜苗，可顯著延緩尖孢鐮刀菌引起的萎蔫病。用殼聚糖處理番茄苗可提高番茄根腐病抗性[17]。此外，殼聚糖對(duì)番茄早疫病、油菜菌核病、水稻惡苗病、小麥紋枯病、大豆根腐病、大豆花葉病等均可提高抗性[18-19]，并對(duì)爛根、漚根、寒根、生根困難、肥害及重茬引起的根系生長(zhǎng)不良現(xiàn)象有很好的抑制或促進(jìn)作用[20]。

有研究者對(duì)殼聚糖誘導(dǎo)提高植物抗病性的機(jī)理進(jìn)行了研究，綜合分析有以下幾方面原因：殼聚糖本身具有成膜性，這是阻礙病原菌進(jìn)入宿主組織或細(xì)胞的主要屏障；殼聚糖可以使植物細(xì)胞木質(zhì)化程度加強(qiáng)或細(xì)胞壁加厚，產(chǎn)生乳突、侵填體等結(jié)構(gòu)，從而增加植物抗病性[21-22]；殼聚糖可以調(diào)節(jié)多酚氧化酶、超氧化物歧化酶、苯丙氨酸解氨酶、過氧化物酶等與抗病性有關(guān)的酶活性；殼聚糖可促使植物產(chǎn)生豌豆素等植保素以及酚類化合物等抗菌物質(zhì)；殼聚糖還可以誘導(dǎo)產(chǎn)生病程相關(guān)蛋白，激發(fā)一系列防御反應(yīng)，水解病原菌的細(xì)胞壁，抑制病原微生物的生長(zhǎng)[23]。

3.2 殼聚糖對(duì)作物抗逆性的影響

殼聚糖類物質(zhì)除了提高作物產(chǎn)量外，還可以提高作物的抗逆性[24-25]。陳惠萍等發(fā)現(xiàn)，殼聚糖類物質(zhì)可提高作物中脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白等物質(zhì)的含量，從而提高蔬菜植株內(nèi)部器官的抗逆性，此外因其在蔬菜表面形成一層防護(hù)膜，還能夠能抵御病蟲侵害。另有研究對(duì)低溫脅迫下不同處理的小白菜抗逆指標(biāo)進(jìn)行了測(cè)定，結(jié)果表明，相較于對(duì)照，施肥+甲殼素處理的小白菜葉片丙二醛含量降低，脯氨酸含量升高，且差異達(dá)顯著水平，提高了小白菜抗凍害能力。

4 殼聚糖的其他應(yīng)用

殼聚糖在農(nóng)林業(yè)中應(yīng)用廣泛，除以上應(yīng)用外，殼聚糖進(jìn)入土壤后的殼質(zhì)生物分子會(huì)刺激土壤產(chǎn)生對(duì)作物起到保護(hù)作用的天然微生物，同時(shí)殼聚糖還可以作為控釋載體制備除草劑和殺蟲劑[12]。殼聚糖還能在短時(shí)間內(nèi)促進(jìn)植物毛細(xì)根的生長(zhǎng)，植物根系發(fā)達(dá)自然會(huì)增強(qiáng)吸水和保水能力，從而提高抗旱、抗倒伏能力。殼聚糖作為動(dòng)物源有機(jī)物質(zhì)，能刺激土壤微生物的生長(zhǎng)，活化根際土壤，溶解養(yǎng)分，各種養(yǎng)分，例如氮、磷、鉀等，可以被作物充分的吸收。甲殼聚糖目前主要應(yīng)用在農(nóng)業(yè)及林業(yè)生產(chǎn)中，在中草藥的栽培中應(yīng)用較少，作為一種優(yōu)良的生物有機(jī)制劑，其對(duì)中藥生長(zhǎng)發(fā)育及對(duì)土壤的改良作用有待進(jìn)一步研究，而對(duì)于中草藥的產(chǎn)量、質(zhì)量形成是否會(huì)產(chǎn)生與農(nóng)作物相似的效果也有待于進(jìn)一步驗(yàn)證。

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