殼聚糖的抑菌作用及在農(nóng)業(yè)中的應用

殼聚糖的抑菌作用及在農(nóng)業(yè)中的應用第一頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五

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，廣泛存在于低等動物(如甲殼綱、昆蟲綱和蛛形綱等節(jié)肢動物外殼)和低等植物(如真菌、藻類、酵母等)的細胞壁中。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，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．因為它的安全無毒性、可生物降解性及生物相容性和獨特的理化性質(zhì)和生物活性。應用范圍擴展到化妝品、膜材料、纖維材料、催化劑、混凝劑、酶和細胞的固定化載體、藥物載體、吸附劑等多個領域和農(nóng)業(yè)、環(huán)境保護、食品工業(yè)、醫(yī)藥、分析化學及輕紡工業(yè)。第二頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五

在農(nóng)業(yè)方面，利用殼聚糖為原料，采用現(xiàn)代生物技術分解、提取并添加多種微量元素(植物生長所必需)精制而成的肥料，因其在農(nóng)業(yè)方面所取得的良好效果，被人們譽為“植物疫苗”。殼聚糖在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)應用中，不僅能使作物長勢好，植株健壯，光合作用增強，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，殼聚糖對作物品質(zhì)的改善和食品營養(yǎng)價值和經(jīng)濟價值也提高有較大的意義。第三頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五

另一方面，殼聚糖可作為植物生長調(diào)節(jié)劑，促進農(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。大量研究表明，殼聚糖可以誘導植物產(chǎn)生廣譜的抗性、增強植物的自身防衛(wèi)能力、抑制多種植物病原微生物的生長，而且其無毒并可為微生物降解，對環(huán)境不會產(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。第四頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五一.殼聚糖對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用三.研究現(xiàn)狀與應用前景第五頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五一.殼聚糖對植物病害的抑制作用方式

誘導植物自身防衛(wèi)反應、產(chǎn)生廣譜抗性殼聚糖抑制植物病害的機制第六頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五1.誘導植物自身防衛(wèi)反應、產(chǎn)生廣譜抗性

誘導植物抗性蛋白的產(chǎn)生誘導木質(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)、增強植物細胞壁第七頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五1.1誘導植物抗性蛋白的產(chǎn)生

殼聚糖及其衍生物可誘導植物產(chǎn)生抵御病原物質(zhì)的抗性蛋白——致病相關蛋白PR(pathogenesis-relatedproteins)。殼聚糖所誘導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。殼聚糖誘導出的幾丁質(zhì)酶、殼聚糖酶和l，3-葡聚糖酶彼此之間還有協(xié)同效應，以致抗菌作用更為明顯。第八頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五1.2誘導木質(zhì)素形成

木質(zhì)素是植物維管組織次生細胞壁的主要組分，它本身抗微生物的降解。大量研究證實，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周圍木質(zhì)化，形成一個物理屏障，從而阻止或延遲病原菌的生長和向周圍正常組織擴散，增強植物的抗病力。BarL用甲殼素的低聚體處理小麥傷口(每個傷口用0.04nag)結(jié)果表明，單體和二聚體幾乎沒有誘導木質(zhì)化功能，而四、五、六聚體則有明顯的誘導木質(zhì)素形成的作用。同時他們的實驗還證實，脫乙?；牡途垠w都無此作用，因此認為乙?；羌讱に睾蜌ぞ厶钦T導木質(zhì)形成所必須的基團。第九頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五1.3改變植物的酚類代謝

人們研究天然抗體時注意到：在植物的病菌侵染點處，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。Ralph證實，殼聚糖誘導的大豆細胞中酚類組成會迅速變化，如苯丙烷、香豆酸和綠原酸等都明顯增加。第十頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五1.4誘使植物產(chǎn)生愈創(chuàng)葡聚糖(callcse)、增強植物細胞壁

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，常在細胞間沉積愈創(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胞壁發(fā)生改變。Nieol等用殼聚糖處理番茄，當鐮刀菌(Rri．Ⅲazysporumf．sp．redid~lycopersici)入侵時，番茄細胞壁顯著加厚，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，不能進一步擴散，而且顆粒狀物質(zhì)中似乎還有殺菌物質(zhì)產(chǎn)生，這樣使植物對病原菌產(chǎn)生了有效的抗性。第十一頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五

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

第十二頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五2.殼聚糖抑制植物病害的機制

殼聚糖誘導植物產(chǎn)生廣譜抗性的機制殼聚糖對植物病原菌直接抑制作用的機制第十三頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五2.1殼聚糖誘導植物產(chǎn)生廣譜抗性的機制

植物對病害的防衛(wèi)反應是由許多植物可誘導基因控制的，外界刺激(如：病菌侵入或施用殼聚糖)可導致這些基因的表達，從而在細胞內(nèi)合成各種防衛(wèi)蛋白來實現(xiàn)對病害的抗性，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，可在很短時間(1h)內(nèi)富集于細胞核內(nèi)，與DNA很強的親和，并可改變DNA的結(jié)構(gòu)。Wither等發(fā)現(xiàn)，當殼聚糖的側(cè)鏈扭轉(zhuǎn)后，能夠進入DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)與DNA骨架上的氧形成氫鍵，從而影響植物細胞的基因表達。這些研究均提示，殼聚糖誘導植物產(chǎn)生的對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)蛋白基因表達所致，但具體的機制還有待深入的探討。第十四頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五2.2殼聚糖對植物病原菌直接抑制作用的機制

殼聚糖對許多植物病原菌的生長都有很強的直接抑制作用。研究者認為，主要通過下面兩種機制實現(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胞表面的生物大分子帶負電的側(cè)鏈相互作用，形成聚合物，可影響病原菌進而抑制病原菌的生長；(2)殼聚糖還可直接進入病原菌的細胞核，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。第十五頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五二.在農(nóng)業(yè)中殼聚糖的主要功能及應用

在農(nóng)業(yè)中殼聚糖的主要功能殼聚糖在農(nóng)業(yè)中的應用第十六頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五1.在農(nóng)業(yè)中殼聚糖的主要功能

殼聚糖對植物適應性廣，親和性好，無毒無副作用，對人畜無害，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，對環(huán)境無公害，是一種優(yōu)良的純天然生態(tài)制劑。促進根系生長活化根際狀態(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)量提高肥效增強免疫能力

第十七頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五1.1促進根系生長

它能促使植物種子提前發(fā)芽。根系發(fā)達，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，會增強植物的吸肥吸水能力，增強抗旱、抗倒伏能力，增強免疫力，達到粗壯多結(jié)果之目的。

第十八頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五1.2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。第十九頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五1.3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)分最大限度地供應果實，其中微量元素在甲殼素的螫合下，容易被果實吸收，從而增加蛋白質(zhì)、氨基酸的含量，從根本上改善品質(zhì)。

第二十頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五1.4殺菌能力強

殼聚糖替代種衣劑，可保護種子正常發(fā)育。用于種子貯存，可減少種子處理程序，經(jīng)濟實惠。研究表明，殼聚糖及其降解產(chǎn)物對土壤、種子有極強的殺菌作用，能強烈抑制有害真菌菌絲如霜霉菌、胞囊菌等。第二十一頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五1.5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)，提高土壤有機質(zhì)含量，便于連作。第二十二頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五1.6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)，并使其恢復自然風味，耐貯、耐運，同時減少農(nóng)藥殘留量(國際標準以下)，可以通過綠色通道出口。第二十三頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五1.7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，節(jié)約資金，保護環(huán)境，有益于人類健康，殼聚糖與纖維素共混制成膜，可大大增加膜的機械強度，利用殼聚糖易于成膜的特性，可用其作種子包衣材料．

第二十四頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五1.8增強免疫能力

殼聚糖在韓國、日本被譽為“植物疫苗”，可見其對作物所起的作用。殼聚糖制劑能使植物抗菌抗病毒能力增強，改變植物生長機理，增強調(diào)節(jié)系統(tǒng)的免疫功能，從而保證植物的正常生長發(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42.6％～46.9％，同時可促進大豆根系生長，單株英果數(shù)、粒數(shù)、粒重增加，增產(chǎn)11.7％。第二十五頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五2.殼聚糖在農(nóng)業(yè)中的應用

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促進劑、土壤改良劑第二十六頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五2.1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，增強幼苗的抗病能力，促進作物的生長，提高作物的產(chǎn)量；而且殼聚糖對作物無藥害，對人畜無毒害，對環(huán)境無公害，是理想的環(huán)保型殺蟲劑，具有廣闊的應用前景．何福相將殼聚糖溶解于1％~3％的醋酸溶液，使用時稀釋為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，增強植物對疾病的抵抗力，而且還起到植物生長調(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％。第二十七頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五2.2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，因此可廣泛地應用于果蔬的保鮮，美國、日本、英國、加拿大、瑞典和我國等已將這項技術用于實際生產(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、蔬菜腐爛，保存時間比未處理的長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，在常溫下可延長其貯存期2d左右，在4～8℃條件下可保存25d以上。第二十八頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五2.3植物病害誘抗劑

研究證實，殼聚糖作為植物性功能調(diào)節(jié)劑，能調(diào)節(jié)植物基因的關閉和開放，誘導植物分泌抗性酶，這樣不僅可以促進植物細胞的活化，刺激植物性生長，還可以增加對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繁殖的功能，減少病原菌特別是致病真菌對植物的危害。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的抑制作用。因此，它又被稱為新型植物抗性誘導劑。番茄苗用殼聚糖溶液浸根或噴霧，或在生長基質(zhì)中加入殼聚糖，可誘導番茄對根腐病的系統(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。第二十九頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五2.4可降解殼聚糖地膜

使用地膜可以增加土壤溫度，保水保墑，促進農(nóng)作物早熟，提高產(chǎn)量，但地