首页 > 分享 > 壳聚糖在植物上的主要作用及应用方向！

壳聚糖在植物上的主要作用及应用方向！

花匠小妙招
2024-11-29 14:03

壳聚糖对植物适应性广，亲和性好，无毒无副作用，对人畜无害，能够生物降解，在土壤中不板结土壤，可缓慢降解为小分子碳水化合物，对环境无公害，是一种优良的纯天然生态制剂。

一、壳聚糖在农作物上的主要作用：

1、诱导植物自身防卫反应，产生广谱抗性物质

壳聚糖最大的特点是能诱导作物在短时间内产生大量多种抗性物质，使作物自身免疫能力大大提高，一旦病菌侵犯，这些抗性物质就能从多个靶位对之加以消灭，作用持久。可以诱导植物抗性蛋白的产生；诱导木质素的产生；改变植物的酚类代谢；诱导植物产生愈创葡聚糖，增强植物细胞壁。

2、抑制杀灭植物病原菌和病虫害，对线虫、蚜虫和红蜘蛛等有一定的忌避效果

提高作物免疫及抗病能力，使有益菌增生。对病毒、真菌、细菌等病原菌有明显的直接抑制杀灭效果，尤其是对病毒病的防治有明显的效果。经常使用壳聚糖的作物病虫害发生减少。

传统的植保技术过份依赖化学农药，而几乎所有的农药都是遵循直接杀灭原则。在这种观念和技术的主导下，使病虫的抗药性不断增加，而植物自身的抗病抗逆机制却逐渐被削弱、钝化、休眠甚至丧失。这就是现今病虫害防治越来越困难的根本原因。实践表明，应用壳聚糖农药对炭疽、疫病、病毒、枯黄萎、根腐等病害均可预防并直接控制。当植物遭遇其他多种病害或病情严重时，可与外抑农药（减量）配伍，内抗外抑，协同作用，多数情况也都能取得满意的效果。壳聚糖诱导作物产生多种抗性物质，因此对病毒、真菌、细菌三方面病害的防治都有效，表现出类似抗生素的特征。尤其是对病毒病的防治过去往往是植保的难题，而用壳聚糖产品防治效果却十分理想，这些均已得到实践的验证。

壳聚糖可分解昆虫外皮、内壁的几丁质结构，从而使其失去了生物被膜而丧失生存条件，经常使用壳聚糖的作物很少发生虫害。壳聚糖农药对各种蚜虫均有明显的触杀作用，蚜虫触药后4－12小时即死亡。在昆虫刚孵化成幼虫时用甲壳素农药效果最好。北京市土肥工作站向土壤中施放壳聚糖，促使土壤中放线菌增殖，产生一种可以破坏线虫卵壁、体壁的酶，从而达到杀灭线虫的目的。

可防治的病害如下：葡萄霜霉病、白粉病；苹果白粉病、黑星病（疮痂病）；小麦白粉病；草莓白粉病；瓜类蔓枯病；香蕉叶斑病；辣椒炭疽病；烟草白粉病、炭疽病；茶树炭疽病；芒果炭疽病；茄科作物青枯病；蕃茄萎凋病等。

3、促进根系生长、活化根际状态、缩节粗壮

根乃植物之本，根际发达，会增强植物的吸肥吸水能力，增强抗旱、抗倒伏能力，增强免疫力，达到粗壮多结果之目的。壳聚糖能促使植物种子提前发芽，根系发达，根毛、须根、次生根数量大大增加，充分活化根际状态，溶解养分分子，迅速形成土壤溶液，使氮、磷、钾等养分能得到植物充分有效的吸收。另外，壳聚糖具有调节植物发育的功能，能发根促茎，使茎缩短，粗壮旺盛，有利于养分最大限度地供应果实，其中微量元素在壳聚糖的螫合下，容易被果实吸收，从而增加蛋白质、氨基酸的含量，从根本上改善品质。

4、具有明显的肥效、健壮植株、增强光合作用，提高作物产量

壳聚糖本身带有正电荷，能与植物表面(通常带负电荷)紧密结合，具有溶液粘稠，有延展效果，易于成膜的特性。其极强的成膜功能，能延缓肥料元素的释放，减少养分的损失而大大提高肥效，这样能从根本上解决肥料的浪费，节约资金，保护环境，有益于人类健康。

壳聚糖对作物的增产作用是十分突出的，这是因为壳聚糖可以激活、增强植株的生理生化机制，促使根系发达，茎叶粗壮，使植株吸收和利用水肥的能力以及光合作用等都得到增强。用壳聚糖处理粮食种子可增产5%－15%；用于果蔬喷灌等可增产20%－40%或更多。其可改善作物品质，如增加粮食蛋白质和面筋的含量以及果蔬中糖的含量。

5、改良土壤：

生化聚合分子促进土壤团粒作用，增进土壤活性及透气性，对作物根部生长及预防连作障碍（重茬）有良好效果，防止因使用化肥过量引起的土壤板结德伯格现象。研究表明，壳聚糖进入土壤后可以大大促使有益细菌如固氮菌、纤维分解菌、乳酸菌、放线菌的增生，抑制有害细菌如霉菌、丝状菌的生长。比如使放线菌的数量可增加近30倍。壳聚糖有广谱抗菌性，对革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌的多数菌属都有很好的抑杀作用。壳聚糖肥料含有作物生长所需的大量元素和中微量元素，具有调节土壤理化性状及微生物区系组成的作用。使用壳聚糖作添加剂，可使土壤有益菌如放线菌增加1000倍、有害菌如镰刀菌及线虫类等显著减少，增强土壤供肥能力，从根本上改良土壤，根治板结，提高土壤有机质含量，便于连作。

壳聚糖具备土壤改良的所有特点：

(1)能激发和强化土壤中微生物数量的成倍增加，提高土壤微生物活性及孕存生命力。它并不象活菌的微生物制剂一旦生存条件不适就会死掉。壳聚糖的活性不受外界干扰，只要进入土壤壳聚糖即极具活力。

(2)解除土壤中闭蓄态肥的危害，使土壤中闭蓄态肥实现有危害到有利的转变，即壳聚糖能使土壤中的无效养分变为植物可吸收利用的有效养分，提高化学肥料的有效性即化肥的利用率。

(3)改善土壤物理结构，使土壤变松、保水，形成良好的团粒结构，减少灌溉次数，从而促进根系发育，形成强大的根系系统。

(4)强力分解、降解土壤中的有害化学物质，解除土壤中累积的有害化学残留。

(5)调整土壤酸碱度（即pH值）至非常适合作物生长。这些都是由于壳聚糖是自然界中惟一带正电荷的物质的结果。

6、改善作物品质，提高作物的抗逆性和免疫力。

施用壳聚糖，能提高作物产量，改善作物品质，并使其恢复自然风味，耐贮、耐运，同时减少农药残留量(国际标准以下)，可以通过绿色通道出口。

作物的抗寒冷、抗高温、抗旱涝、抗盐碱，抗肥害、气害、药害、抗营养失衡等性能均有很大提高。这是因为壳聚糖对作物本身以及土壤环境均产生多方面的良好影响。

壳聚糖在韩国、日本被誉为“植物疫苗”，可见其对作物所起的作用。壳聚糖制剂能使植物抗菌抗病毒能力增强，改变植物生长机理，增强调节系统的免疫功能，从而保证植物的正常生长发育。李宝英等用壳聚糖拌种，可降低大豆根腐病的发病率和病情指数，防效达 42.6%—46.9%，同时可促进大豆根系生长，单株果数、粒数、粒重增加，增产达11.7%。

二、壳聚糖在农业中的应用方向

1、种子处理剂:

壳聚糖可用作许多粮食、蔬菜作物种子的处理剂，用于种子处理可提高种子的发芽率，增强幼苗的抗病能力，促进作物的生长，提高作物的产量。壳聚糖对作物无药害，对人畜无毒害，对环境无公害，是理想的环保型杀虫剂，具有广阔的应用前景。何福相将壳聚糖溶解于1%-3%的醋酸溶液，使用时稀释为0.01%-0.5%的溶液，在播种前涂于种子的表面自然干燥后使用，不但可以有效抑制种子周围霉菌病原体生长，增强植物对疾病的抵抗力，而且还起到植物生长调节剂的作用，用其处理过的小麦、豌豆和扁豆种子，产量可增加10%-30%。

2、蔬果保鲜剂:

壳聚糖是一种天然的保鲜剂，具有很好的成膜性，具有一定的选择渗透作用，能够改变果实组织内部气体组成和降低蒸发损耗，从而抑制水果腐烂变质，加上其广谱的抑菌特性，因此可广泛地应用于果蔬的保鲜，美国、日本、英国、加拿大、瑞典和我国等已将这项技术用于实际生产。日本铃木隆司等人以壳聚糖为主要成分制成保鲜剂，用来涂布或浸泡水果蔬菜，使其形成被膜，此膜具有良好的通气性能，并能防止果实、蔬菜腐烂，保存时间比未处理的长2-3倍，而且味道不发生变化，商品性好，陈安和等研究发现，用 1%-2%壳聚糖溶液处理草莓，在常温下可延长其贮存期2d左右，在4-8℃条件下可保存25d以上。

3、植物病害诱抗剂:

研究证实，壳聚糖作为植物性功能调节剂，能调节植物基因的关闭和开放，诱导植物分泌抗性酶，这样不仅可以促进植物细胞的活化，刺激植物性生长，还可以增加对病虫害的自我防御能力，特别是较高聚合度的寡聚糖具有阻碍病原菌生长繁殖的功能，减少病原菌特别是致病真菌对植物的危害。如A.Eghath等研究发现壳聚糖具有抗真菌活性，壳聚糖的衍生物如壳寡糖也有很强的抑制作用。因此，它又被称为新型植物抗性诱导剂。番茄苗用壳聚糖溶液浸根或喷雾，或在生长基质中加入壳聚糖，可诱导番茄对根腐病的系统抗病性；黄瓜水培液中加入壳聚糖可控制由腐霉菌(Pythium spp.)引起的猝倒病，此外，壳聚糖对大豆花叶病、大豆根腐病、小麦纹枯病、番茄早疫病、油菜菌核病、水稻恶苗病等都有抑制作用。

4、植物生长促进剂、土壤改良剂:

壳聚糖为土壤有益菌如放线菌提供营养物质，可促进放线菌的繁殖并诱导放线菌产生壳聚糖酶，从而抑制土壤病原菌生长和繁殖；同时由于放线菌大量繁殖，可改善土壤微生态环境和提高植物品质，从而达到增产的目的。Shimizu S制成土壤改良剂，利用壳糖聚的抗菌能力和改善土壤的作用，可将土壤与壳聚糖溶液合成液体土壤改良剂，这种改良剂具有适当的稳定性和可降解性，降解以后是优质的有机肥料，可供作物吸收，若将其喷洒到土壤表面，则能形成一层薄膜，还具有保墒作用。如将农药或化肥掺入其中，使它们均匀混合，还可取得缓释放的效果。

5、可降解壳聚糖地膜:

使用地膜可以增加土壤温度，保水保墒，促进农作物早熟，提高产量，但地膜使作物丰收的同时，也造成了严重的环境污染，残留在土壤中不能分解的废膜，导致土壤结构恶化，土地透气性变差，植物的生长和对水的吸收都受到阻碍，“白色革命”附带来了“白色公害”，利用壳聚糖的成膜性及生物可降解性，可制成具有良好粘附性、通透性和一定抗拉强度的农用地膜。代替现在广泛使用的聚乙烯地膜，这种地膜无污染、成本低、强度高，并且具有改良土壤的作用。研究发现，壳聚糖应用在种衣剂中具有较好的成膜性能，且通过优化助剂，可以有效地降低药剂在水中的溶解淋失率，提高药剂在种子表面的附着力。近年来，日本利用壳聚糖具有的良好成膜性能开发出壳聚糖塑料降解地膜、生物可降解地膜，壳聚糖的生物可降解性在工业上也具有广泛的应用前景，如制作可降解饭盒、包装材料等。

三、低聚壳聚糖

壳聚糖优异的生物学功能受到很多因素的影响，如分子量、生产工艺、粒径、脱乙酰度等。越来越多的研究结果支持低聚壳聚糖（低分子量壳聚糖）在某些功能方面超越高分子量壳聚糖。壳聚糖在其复杂的空间结构中含有高活性的功能基团，表现出类抗生素的特征，能够抑制多种细菌的生长与活性。其抗菌功能主要表现为抑菌范围广，抗菌活性强。研究结果表明在一定范围内，壳聚糖抗菌抑菌性能，随分子量的升高而减弱，其分子量范围1-8万杀菌效果较好；推测其主要机理为：随着分子量的增大，壳聚糖分子链的卷曲和缠结程度增大，使得有效基因NH 3+被包埋在其中，降低了对菌体的吸附及杀菌能力，分子质量小可以更容易通过渗透作用穿过多孔细胞壁，低分子量壳聚糖进入细菌内部，破坏细胞质中内含物的胶体状态，使其絮凝、变性，细菌无法进行正常的生理活动，或者直接干扰其带负电荷的遗传物质DNA和RNA，抑制细菌的繁殖，导致微生物的死亡。

低分子量壳聚糖具有高分子量无法比拟的优点，所以近年来对壳聚糖的降解成为研究的热点。目前降低壳聚糖分子量的方法主要有3种：化学法、酶解法和物理法。

化学法简单易行，所用酸或氧化剂廉价易得，易于实现产业化，但所得降解产物的相对分子质量范围很宽、水解产物的还原端会发生氧化和降解、副产物多、生产中产生“三废”等缺点。由于该法具有诸多难以克服的缺点从而导致降解产物生理活性和功能降低且不稳定，所以该法面临着逐渐被淘汰的困境。酶法降解可选择性地切断壳聚糖的 β－（1，4）－糖苷键，降解过程和降解产物的相对分子质量分布容易控制，反应专一性强，不会引起结构的破坏，对环境不造成污染，是较理想的降解方法。但在选择高活力和低成本的分离纯化方法以适应工业化大规模生产上尚存一定的困难；另外酶法生产周期长，工艺复杂且酶的活性受多种因素的影响，例如温度、pH等，难以控制生产成本高，也成为制约其大规模应用的重要瓶颈。物理降解法是采用物理的方法降解壳聚糖从而得到低聚壳聚糖的一种方法。主要有： γ射线辐射降解、光降解、微波降解和超声波降解等方法。此法的优点是速度快、无副产物、无环境污染、不改变壳聚糖的化学结构完全保留壳聚糖的天然特性、降解产物相对分子质量低并可控，成本较低等。这些优点是其他两种方法无法超越和比拟的，所以具有良好的产业化前景。

1.安全性报告表明，属于无毒级，安全性高。

2.抗菌抑菌报告表明，施用25-50ug/ml的低壳聚糖浸根处理芹菜苗，可明显延缓尖孢镰刀引起的萎蔫症状；利用低聚壳聚糖浸根或喷雾处理番茄苗或在生长基质中加入低聚壳聚糖，可诱导对根腐病的系统抗病性；在黄瓜水溶液中加入低聚壳聚糖，可控制由腐霉菌引起猝倒症等。

3、提高作物品质产量上的报告表明，瓜果体积较大、均匀，口感较好，并且病虫害明显减少；花卉蔬菜上施用，植物生长健壮，叶片厚实，茎秆粗壮，花朵色泽鲜艳，花期较长，病虫害较少等。

四、壳聚糖的应用前景

壳聚糖由甲壳素衍生而来。而甲壳素在自然界分布极广，这笔丰富的自然资源促使世界各国很早便开始对甲壳素和壳聚糖进行了大量的研究。近20年，国内外壳聚糖开发应用研究十分活跃。总的来讲，美国和日本在甲壳素与壳聚糖应用研究上发展较快，尤其在壳聚糖抑制植病方面，美国已作了较为系统的研究。我国在此方面的研究起步并不晚，但主要问题是：研究重复，开发力度分散，多数研究者未及时将研究成果推广应用，或虽有应用，产品档位较低且规模不大，产业化程度不高，这些致使目前我国在农业生产中甲壳素类产品所占的份额微乎其微。

为了减少农业污染、发展绿色生态农业，合理利用壳聚糖这一丰富的天然资源，我们应进一步加强壳聚糖的改性及应用研究。随着技术的不断进步与人们认识的深入，壳聚糖等甲壳素衍生物将会以它们无毒、无污染和生物相容性等诸多优良特性，为实施农业可持续发展和实现生态的良性循环提供一条有效的途径。它也必将在农业生产中发挥越来越重要的作用。随着壳聚糖研究的深入以及在化学、生物学、医学等方面的发展，壳聚糖许多优越的生物活性和功能性将不断被发现，其应用领域也将逐渐扩大。

▼

责任编辑：