殼聚糖的抑菌作用及在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

殼聚糖的抑菌作用及在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用第1頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三殼聚糖(chltosan)是甲殼素(chitin)的一種重要衍生物，是甲殼素脫乙酰基轉(zhuǎn)化而成的產(chǎn)物。甲殼素來源于甲殼類動(dòng)物，甲殼素(Chitin)也叫甲殼質(zhì)、幾丁、幾丁質(zhì)、蟹殼素、明角殼蛋白、殼多糖，廣泛存在于低等動(dòng)物(如甲殼綱、昆蟲綱和蛛形綱等節(jié)肢動(dòng)物外殼)和低等植物(如真菌、藻類、酵母等)的細(xì)胞壁中。是自然界中最豐富的天然高分子化合物之一(僅次于纖維素)和第二大含氮化合物(僅次于蛋白質(zhì))。據(jù)估計(jì)，地球上每年由生物合成的甲殼素約有100億噸，是一種取之不盡、用之不竭的再生資源。人們利用和研究甲殼素已有近百年的歷史．因?yàn)樗陌踩珶o毒性、可生物降解性及生物相容性和獨(dú)特的理化性質(zhì)和生物活性。應(yīng)用范圍擴(kuò)展到化妝品、膜材料、纖維材料、催化劑、混凝劑、酶和細(xì)胞的固定化載體、藥物載體、吸附劑等多個(gè)領(lǐng)域和農(nóng)業(yè)、環(huán)境保護(hù)、食品工業(yè)、醫(yī)藥、分析化學(xué)及輕紡工業(yè)。第2頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三

在農(nóng)業(yè)方面，利用殼聚糖為原料，采用現(xiàn)代生物技術(shù)分解、提取并添加多種微量元素(植物生長(zhǎng)所必需)精制而成的肥料，因其在農(nóng)業(yè)方面所取得的良好效果，被人們譽(yù)為“植物疫苗”。殼聚糖在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用中，不僅能使作物長(zhǎng)勢(shì)好，植株健壯，光合作用增強(qiáng)，而且在抗逆性、抗病蟲害方面也表現(xiàn)出明顯效果，所以有穩(wěn)定而顯著的增收效果。此外，殼聚糖對(duì)作物品質(zhì)的改善和食品營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值也提高有較大的意義。第3頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三另一方面，殼聚糖可作為植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑，促進(jìn)農(nóng)作物產(chǎn)量提高，還可作為土壤改良劑及用于收獲后農(nóng)產(chǎn)品的保鮮等。尤其是其在抑制植物病害方面已逐漸成為人們研究的熱點(diǎn)。大量研究表明，殼聚糖可以誘導(dǎo)植物產(chǎn)生廣譜的抗性、增強(qiáng)植物的自身防衛(wèi)能力、抑制多種植物病原微生物的生長(zhǎng)，而且其無毒并可為微生物降解，對(duì)環(huán)境不會(huì)產(chǎn)生污染。這使其有可能作為一種新型的綠色農(nóng)藥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮重要的作用。第4頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三一.殼聚糖對(duì)植物病害的抑制作用方式二.在農(nóng)業(yè)中殼聚糖的主要功能及應(yīng)用三.研究現(xiàn)狀與應(yīng)用前景第5頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三一.殼聚糖對(duì)植物病害的抑制作用方式

誘導(dǎo)植物自身防衛(wèi)反應(yīng)、產(chǎn)生廣譜抗性殼聚糖抑制植物病害的機(jī)制第6頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三1.誘導(dǎo)植物自身防衛(wèi)反應(yīng)、產(chǎn)生廣譜抗性

誘導(dǎo)植物抗性蛋白的產(chǎn)生誘導(dǎo)木質(zhì)素形成改變植物的酚類代謝誘使植物產(chǎn)生愈創(chuàng)葡聚糖(callcse)、增強(qiáng)植物細(xì)胞壁第7頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三1.1誘導(dǎo)植物抗性蛋白的產(chǎn)生

殼聚糖及其衍生物可誘導(dǎo)植物產(chǎn)生抵御病原物質(zhì)的抗性蛋白——致病相關(guān)蛋白PR(pathogenesis-relatedproteins)。殼聚糖所誘導(dǎo)的抗性蛋白主要為植物抗毒素(phtoalexin)、幾丁質(zhì)酶(chitinase)、殼聚糖酶(chitosanase)和1，3一葡聚糖酶(l，3一glucanase)等。許多研究都表明，殼聚糖可誘導(dǎo)植株產(chǎn)生幾丁質(zhì)酶、殼聚糖酶和l，3-葡聚糖酶，這些酶的底物是真菌細(xì)胞壁的主要組分，幾丁質(zhì)酶特別是在與1，3-葡聚糖酶的共同作用下可在體外抑制真菌的生長(zhǎng)。殼聚糖誘導(dǎo)出的幾丁質(zhì)酶、殼聚糖酶和l，3-葡聚糖酶彼此之間還有協(xié)同效應(yīng)，以致抗菌作用更為明顯。第8頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三1.2誘導(dǎo)木質(zhì)素形成

木質(zhì)素是植物維管組織次生細(xì)胞壁的主要組分，它本身抗微生物的降解。大量研究證實(shí)，甲殼素和殼聚糖及其衍生物可誘使植物在其受病菌侵染點(diǎn)周圍木質(zhì)化，形成一個(gè)物理屏障，從而阻止或延遲病原菌的生長(zhǎng)和向周圍正常組織擴(kuò)散，增強(qiáng)植物的抗病力。BarL用甲殼素的低聚體處理小麥傷口(每個(gè)傷口用0.04nag)結(jié)果表明，單體和二聚體幾乎沒有誘導(dǎo)木質(zhì)化功能，而四、五、六聚體則有明顯的誘導(dǎo)木質(zhì)素形成的作用。同時(shí)他們的實(shí)驗(yàn)還證實(shí)，脫乙?；牡途垠w都無此作用，因此認(rèn)為乙?；羌讱に睾蜌ぞ厶钦T導(dǎo)木質(zhì)形成所必須的基團(tuán)。第9頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三1.3改變植物的酚類代謝

人們研究天然抗體時(shí)注意到：在植物的病菌侵染點(diǎn)處，酚類(單寧.綠原酸等)物質(zhì)大量積累。酚類是殺菌性物質(zhì)，又是木質(zhì)素形成的前體，所以植物體內(nèi)酚類增多，不但自身可以抗病，而且還可促使病原侵染處木質(zhì)化，因而使植物抗病能力增強(qiáng)。Ralph證實(shí)，殼聚糖誘導(dǎo)的大豆細(xì)胞中酚類組成會(huì)迅速變化，如苯丙烷、香豆酸和綠原酸等都明顯增加。第10頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三1.4誘使植物產(chǎn)生愈創(chuàng)葡聚糖(callcse)、增強(qiáng)植物細(xì)胞壁

愈創(chuàng)葡聚糖是一種富含l，3-葡萄糖的多聚糖，植物受到病原侵害時(shí)，常在細(xì)胞間沉積愈創(chuàng)葡聚糖，從而將受菌感染的部位與正常的細(xì)胞分割開，與木質(zhì)化一樣，形成物理屏障。另外，殼聚糖還可以使植物的細(xì)胞壁發(fā)生改變。Nieol等用殼聚糖處理番茄，當(dāng)鐮刀菌(Rri．Ⅲazysporumf．sp．redid~lycopersici)入侵時(shí)，番茄細(xì)胞壁顯著加厚，胞間被填塞，在病菌侵入處形成大量乳頭狀突起(papillae)，病原菌被包埋在致密的顆粒狀物質(zhì)中，不能進(jìn)一步擴(kuò)散，而且顆粒狀物質(zhì)中似乎還有殺菌物質(zhì)產(chǎn)生，這樣使植物對(duì)病原菌產(chǎn)生了有效的抗性。第11頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三

總之，殼聚糖及其衍生物誘導(dǎo)植物產(chǎn)生廣譜抗性的方式多種多樣，而且各種方式可以同時(shí)存在，相互關(guān)聯(lián)，協(xié)同作用。

第12頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三2.殼聚糖抑制植物病害的機(jī)制

殼聚糖誘導(dǎo)植物產(chǎn)生廣譜抗性的機(jī)制殼聚糖對(duì)植物病原菌直接抑制作用的機(jī)制第13頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三2.1殼聚糖誘導(dǎo)植物產(chǎn)生廣譜抗性的機(jī)制

植物對(duì)病害的防衛(wèi)反應(yīng)是由許多植物可誘導(dǎo)基因控制的，外界刺激(如：病菌侵入或施用殼聚糖)可導(dǎo)致這些基因的表達(dá)，從而在細(xì)胞內(nèi)合成各種防衛(wèi)蛋白來實(shí)現(xiàn)對(duì)病害的抗性，這些防衛(wèi)蛋白包括前邊提到的PR蛋白、植物抗毒素、幾丁質(zhì)酶、殼聚糖酶、l，3-葡聚糖酶和木質(zhì)素等。Bronner等發(fā)現(xiàn)，殼聚糖在植物受病蟲害侵入后，可在很短時(shí)間(1h)內(nèi)富集于細(xì)胞核內(nèi)，與DNA很強(qiáng)的親和，并可改變DNA的結(jié)構(gòu)。Wither等發(fā)現(xiàn)，當(dāng)殼聚糖的側(cè)鏈扭轉(zhuǎn)后，能夠進(jìn)入DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)與DNA骨架上的氧形成氫鍵，從而影響植物細(xì)胞的基因表達(dá)。這些研究均提示，殼聚糖誘導(dǎo)植物產(chǎn)生的對(duì)植物病害的廣譜抗性，可能是其激活植物自身特定的防衛(wèi)蛋白基因表達(dá)所致，但具體的機(jī)制還有待深入的探討。第14頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三2.2殼聚糖對(duì)植物病原菌直接抑制作用的機(jī)制

殼聚糖對(duì)許多植物病原菌的生長(zhǎng)都有很強(qiáng)的直接抑制作用。研究者認(rèn)為，主要通過下面兩種機(jī)制實(shí)現(xiàn)：(1)由于殼聚糖為甲殼素的多聚陽離子衍生物，所以它可與病原菌細(xì)胞表面的生物大分子帶負(fù)電的側(cè)鏈相互作用，形成聚合物，可影響病原菌進(jìn)而抑制病原菌的生長(zhǎng)；(2)殼聚糖還可直接進(jìn)入病原菌的細(xì)胞核，與DNA結(jié)合通過影響病原菌的mRNA和蛋白質(zhì)的合成來抑制其生長(zhǎng)。第15頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三二.在農(nóng)業(yè)中殼聚糖的主要功能及應(yīng)用

在農(nóng)業(yè)中殼聚糖的主要功能殼聚糖在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用第16頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三1.在農(nóng)業(yè)中殼聚糖的主要功能

殼聚糖對(duì)植物適應(yīng)性廣，親和性好，無毒無副作用，對(duì)人畜無害，能夠生物降解，在土壤中不板結(jié)土壤，可緩慢降解為小分子碳水化合物，對(duì)環(huán)境無公害，是一種優(yōu)良的純天然生態(tài)制劑。促進(jìn)根系生長(zhǎng)活化根際狀態(tài)縮節(jié)粗壯殺菌能力改良土壤改善作物品質(zhì)，增加產(chǎn)量提高肥效增強(qiáng)免疫能力

第17頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三1.1促進(jìn)根系生長(zhǎng)

它能促使植物種子提前發(fā)芽。根系發(fā)達(dá)，根毛、須根、次生根數(shù)量大大增加，根乃植物之本，根際發(fā)達(dá)，會(huì)增強(qiáng)植物的吸肥吸水能力，增強(qiáng)抗旱、抗倒伏能力，增強(qiáng)免疫力，達(dá)到粗壯多結(jié)果之目的。

第18頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三1.2活化根際狀態(tài)

殼聚糖能充分活化根際狀態(tài)，溶解養(yǎng)分分子，迅速形成土壤溶液，使氮、磷、鉀等養(yǎng)分能得到植物充分有效地吸收。第19頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三1.3縮節(jié)粗壯

研究發(fā)現(xiàn)，殼聚糖具有調(diào)節(jié)植物發(fā)育的功能，殼聚糖是一種天然的植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑，能發(fā)根促莖，使莖縮短，粗壯旺盛，有利于養(yǎng)分最大限度地供應(yīng)果實(shí)，其中微量元素在甲殼素的螫合下，容易被果實(shí)吸收，從而增加蛋白質(zhì)、氨基酸的含量，從根本上改善品質(zhì)。

第20頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三1.4殺菌能力強(qiáng)

殼聚糖替代種衣劑，可保護(hù)種子正常發(fā)育。用于種子貯存，可減少種子處理程序，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。研究表明，殼聚糖及其降解產(chǎn)物對(duì)土壤、種子有極強(qiáng)的殺菌作用，能強(qiáng)烈抑制有害真菌菌絲如霜霉菌、胞囊菌等。第21頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三1.5改良土壤

使用殼聚糖作添加劑，可使土壤有益菌如放線菌增加1000倍、有害菌如鐮刀菌及線蟲類等顯著減少，增強(qiáng)土壤供肥能力，從根本上改良土壤，根治板結(jié)，提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，便于連作。第22頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三1.6改善作物品質(zhì)，增加產(chǎn)量

殼聚糖能提高作物產(chǎn)量，改善作物品質(zhì)，并使其恢復(fù)自然風(fēng)味，耐貯、耐運(yùn)，同時(shí)減少農(nóng)藥殘留量(國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)以下)，可以通過綠色通道出口。第23頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三1.7提高肥效

殼聚糖具有溶液粘稠、易于成膜的特性。其極強(qiáng)的成膜功能，能延緩肥料元素的釋放，減少養(yǎng)分的損失而大大提高肥效，這樣能從根本上解決肥料的浪費(fèi)，節(jié)約資金，保護(hù)環(huán)境，有益于人類健康，殼聚糖與纖維素共混制成膜，可大大增加膜的機(jī)械強(qiáng)度，利用殼聚糖易于成膜的特性，可用其作種子包衣材料．

第24頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三1.8增強(qiáng)免疫能力

殼聚糖在韓國(guó)、日本被譽(yù)為“植物疫苗”，可見其對(duì)作物所起的作用。殼聚糖制劑能使植物抗菌抗病毒能力增強(qiáng)，改變植物生長(zhǎng)機(jī)理，增強(qiáng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的免疫功能，從而保證植物的正常生長(zhǎng)發(fā)育．李寶英等用殼聚糖拌種，可降低大豆根腐病的發(fā)病率和病情指數(shù)，防效達(dá)42.6％～46.9％，同時(shí)可促進(jìn)大豆根系生長(zhǎng)，單株英果數(shù)、粒數(shù)、粒重增加，增產(chǎn)11.7％。第25頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三2.殼聚糖在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

殼聚糖種子處理劑

果蔬保鮮劑植物病害誘抗劑可降解殼聚糖地膜殼聚糖可用作植物生長(zhǎng)促進(jìn)劑、土壤改良劑第26頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三2.1殼聚糖種子處理劑

殼聚糖可用作許多糧食、蔬菜作物種子的處理劑，用于種子處理可提高種子的發(fā)芽率，增強(qiáng)幼苗的抗病能力，促進(jìn)作物的生長(zhǎng)，提高作物的產(chǎn)量；而且殼聚糖對(duì)作物無藥害，對(duì)人畜無毒害，對(duì)環(huán)境無公害，是理想的環(huán)保型殺蟲劑，具有廣闊的應(yīng)用前景．何福相將殼聚糖溶解于1％~3％的醋酸溶液，使用時(shí)稀釋為0.5％~0.01％的溶液，在播種前涂于種子的表面自然干燥后使用，不但可以有效抑制種子周圍霉菌病原體生長(zhǎng)，增強(qiáng)植物對(duì)疾病的抵抗力，而且還起到植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑的作用，用其處理過的小麥、豌豆和扁豆種子，產(chǎn)量可增加10％~30％。第27頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三2.2果蔬保鮮荊

殼聚糖是一種天然的保鮮劑，具有很好的成膜性，具有一定的選擇滲透作用，能夠改變果實(shí)組織內(nèi)部氣體組成和降低蒸發(fā)損耗，從而抑制水果腐爛變質(zhì)；加上其廣譜的抑菌特性，因此可廣泛地應(yīng)用于果蔬的保鮮，美國(guó)、日本、英國(guó)、加拿大、瑞典和我國(guó)等已將這項(xiàng)技術(shù)用于實(shí)際生產(chǎn)。日本鈴木隆司等人以殼聚糖為主要成分制成保鮮劑，用來涂布或浸泡水果蔬菜，使其形成被膜，此膜具有良好的通氣性能，并能防止果實(shí)、蔬菜腐爛，保存時(shí)間比未處理的長(zhǎng)2-3倍．而且味道不發(fā)生變化，商品性好，陳安和等研究發(fā)現(xiàn)，用1％～2％殼聚糖溶液處理草莓，在常溫下可延長(zhǎng)其貯存期2d左右，在4～8℃條件下可保存25d以上。第28頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三2.3植物病害誘抗劑

研究證實(shí)，殼聚糖作為植物性功能調(diào)節(jié)劑，能調(diào)節(jié)植物基因的關(guān)閉和開放，誘導(dǎo)植物分泌抗性酶，這樣不僅可以促進(jìn)植物細(xì)胞的活化，刺激植物性生長(zhǎng)，還可以增加對(duì)病蟲害的自我防御能力，特別是較高聚合度的寡聚糖具有阻礙病原菌生長(zhǎng)繁殖的功能，減少病原菌特別是致病真菌對(duì)植物的危害。如A.Eghath等研究發(fā)現(xiàn)殼聚糖具有抗真菌活性，殼聚糖的衍生物如殼寡糖也有很強(qiáng)的抑制作用。因此，它又被稱為新型植物抗性誘導(dǎo)劑。番茄苗用殼聚糖溶液浸根或噴霧，或在生長(zhǎng)基質(zhì)中加入殼聚糖，可誘導(dǎo)番茄對(duì)根腐病的系統(tǒng)抗病性；黃瓜水培液中加入殼聚糖可控制由腐霉菌(Pythiumspp．)引起的猝倒病，此外，殼聚糖對(duì)大豆花葉病、大豆根腐病、小麥紋枯病、番茄早疫病、油菜菌核病、水稻惡苗病等都有抑制作用。第29頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三2.4可降解殼聚糖地膜

使用地膜可以增加土壤溫度，保水保墑，促進(jìn)農(nóng)作物早熟，提高產(chǎn)量，但地膜使作物豐收的同時(shí)，也造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染，殘留在土壤中不能分解的廢膜，導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)惡化，土地透氣性變差，植物的生長(zhǎng)和對(duì)水的吸收都受到阻礙，“白色革命”附帶來了“白色公害”，利用殼聚糖的成膜性及生物可降解性，可制成具有良好粘附性、通透性和一定抗拉強(qiáng)度的農(nóng)用地膜。代替現(xiàn)在廣泛使用的聚乙烯地膜，這種地膜無污染、成本低、強(qiáng)度高，并且具有改良土壤的作用。研究發(fā)現(xiàn)，殼聚糖應(yīng)用在種衣劑中具有較好的成膜性能，且通過優(yōu)化助劑，可以有效地降低藥劑在水中的溶解淋失率，提高藥劑在種子表面的附著力。近年來，日本利用殼聚糖具有的良好成膜性能開發(fā)出殼聚糖塑料降解地膜、生物可降解地膜，殼聚糖的生物可降解性在工業(yè)上也具有廣泛的應(yīng)用前景，如制作可降解飯盒、包裝材料等。第30頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三2.5殼聚糖可用作植物生長(zhǎng)促進(jìn)劑、土壤改良劑

殼聚糖為土壤有益菌如放線菌提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，可促進(jìn)放線菌的繁殖并誘導(dǎo)放線菌產(chǎn)生殼聚糖酶，從而抑制土壤病原菌生長(zhǎng)和繁殖；同時(shí)由于放線菌大量繁殖，可改善土壤微生態(tài)環(huán)境和提高植物品質(zhì)，從而達(dá)到增產(chǎn)的目的。ShimizuS制成土壤改良劑，利用殼糖聚的抗菌能力和改善土壤的作用，可將土壤與殼聚糖溶液合成液體土壤改良劑，這種改良劑具有適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定性和可降解性，降解以后