几丁质和壳聚糖在农业领域的应用

唐勇军，卢向阳，邹 俊

（1.湖南工程学院，湖南 湘潭 411014；2.湖南农业大学，湖南 长沙 410128）

由于几丁质和壳聚糖特有的分子结构、理化性质及生物学功能，人们对它们的研究越来越广泛和深入，关于他们的报道也越来越多，涉及了医学、工业、农业、卫生和环境等领域[1－4]，相关产品也不断出现。在农业领域中，它们发挥着重要的作用，产生了巨大的社会效益和环境效益，并有着广阔的发展前景。

1 在果品、蔬菜保鲜上的应用

几丁质和壳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。用稀酸溶解几丁质或壳聚糖，将所得溶液喷施于果品、蔬菜后，可以形成无色透明薄膜。此膜具有防止果品、蔬菜失水，保持果品、蔬菜的原色原味，降低营养成分的流失等功能，也可以抑制微生物侵染，防止果品、蔬菜腐烂[5]。此外，几丁质、壳聚糖成膜后，能抑制果品、蔬菜的呼吸作用，并改变呼吸作用途径，使其在贮藏过程中，糖酵解-三羧酸循环（EMP-TCA途径）在总呼吸中所占比例下降，而磷酸戊糖途径（HMP途径）上升，呼吸底物自身的氧化性减少，提高了耐贮藏能力[6－7]。

超氧物岐化酶（SOD）是一种清除自由基的保护酶，它在过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）的共作用下，能清除细胞自由基，减少自由基对细胞膜的损伤，从而延缓细胞衰老。脂氧合酶（LOX）可以促进膜脂过氧化，降低细胞膜的稳定性，导致细胞内物质损伤。水茂兴等研究表明，用壳聚糖对采后黄花梨处理后，果实SOD活性提高36.2%～133.3%（p<0.01），而脂氧合酶（LOX）活性显著降低。用壳聚糖处理青椒后，其固形物、有机酸、可溶性蛋白质和Vc等含量增加，丙二醛（MDA）减少，膜透性减小，其耐贮能力得到增强[8－9]。

2 在饲料添加剂和动物医药上的应用

几丁质和壳聚糖是带正荷的阳离子聚合物，也是自然界唯一的碱性多糖，且无任何急性和慢性毒性。因此，在饲料添加剂和动物药学上具有广阔的应用前景。几丁质和壳聚糖具有较高的阴离子交换能力，与胆汁酸有很好的结合能力，阻止胆汁酸的循环，减少脂肪的吸收，降低动物产品中的胆固醇含量，提高产品质量[10－11]。由于壳聚糖的抑菌活性，它可以抑制病原真菌繁殖，同时可促进肠道有益菌的生长，改善小肠代谢功能，促进动物生长。几丁质、壳聚糖可吸附H+、中和胃酸、保护胃粘膜，使体液呈碱性，提高机体免疫力，从而减少动物疾病的发生。马小珍等在肉仔鸡日粮中添加壳聚糖，发现腹脂（p<0.01）、皮下脂肪（p<0.05）、肌间脂肪（p<0.05）的沉积显著降低，血清甘油三酯（p<0.05）、总胆红素的含量（p<0.05）显著减少，脂肪吸收也明显减少[12]。柯叶艳等的实验结果表明，口粮中添加3%壳聚糖，鹌鹑增重量和饲料利用率分别提高5%和6.7%，T淋巴细胞转化率提高42.15%（p<0.05），脂肪吸收降低，免疫机能增强，同时血液中甲状腺激素水平发生显著变化[13]。壳聚糖能激活巨噬细胞，诱发延发性超敏反应，产生循环抗体；能诱发T细胞，激活NK细胞；能诱发细胞因子，起到非特异性免疫机理作用。此外，与戌二醛交联的壳聚糖对口蹄疫病毒有一定抗性，这种抗性可持续一周，在注射第3天达到最高峰。因此，壳降糖可作为一种免疫增强剂，用于口蹄疫苗或其它疫苗[14]。壳聚糖对动物创伤有治疗作用，并已成功开发出制品。相关研究已证明了壳聚糖对感染性牛蹄皮炎和趾间腐烂的治疗效果[15]，在260例治疗中，有250例内芽组织形成良好，被治愈，而趾间腐烂和脓肿则全部治愈。

3 在病虫害防治上的应用

3.1 对植物病害的抑制作用

大量研究表明，由于几丁质和壳聚糖的抑菌活性，能对植物病原菌起到较好的抑制作用[16]。于汉寿等用壳聚糖处理小麦、水稻和油菜后发现，壳聚糖对小麦纹枯病、水稻恶苗病和油菜菌核病都有不同程度的抑制作用，抑制率分别达到30%、80%和30%～50%，其中，小麦、水稻产量分别比对照增加了9.8%和15.47%[17－18]。壳聚糖对植物病害的抑制主要通过2种途径来发挥作用。其一是诱导植物自身的防卫反应，产生抗病特性。壳聚糖能诱导植物产生抵御病原物质的病程相关蛋白（PRs），如植物抗毒素（phytoalexin）、几丁质酶（chitinase）、壳聚糖酶（chitosanase）和β-1,3-葡聚糖酶（β-1,3-glucanase）等[19－20]。植物抗毒素有明显的抗菌活性，在几丁质酶和β-1,3-葡聚糖酶共同作用下，可以在体外抑制真菌生长。几丁质和壳聚糖也可诱导植物在病菌侵染部位木质化形成一个物理屏障，阻止病原菌扩散，从而增强植物的抗病力。此外，还可诱使植物产生愈创葡聚糖，增强植物细胞壁。其二是直接抑制病原菌。壳聚糖能改变病原菌细胞膜的通透性和流动性，干扰DNA的复制与转录，阻断病原菌的代谢，从而起到抑菌效果[21]。

3.2 几丁质的杀虫作用

几丁质抑制剂防治害虫已引起重视，这种杀虫剂微毒、高效、安全，能抑制昆虫生长，几丁质合成导致昆虫不能生成新的表皮，在脱皮变态时死亡。熊惠龙等用几丁质抑制剂防治松毛虫，几丁质抑制剂对松毛虫有较强的抑制作用和拒避作用，当25%胶悬剂释稀100倍时，杀虫率高达100%，喷药后3～5 h松毛虫停止聚食，不危害针叶，死亡高峰期在施药后第10～15天，直到25d还有虫死亡[22]。另外，有报道证实，采用几丁质合成剂分别防治棉铃虫和储粮甲虫，都有比较好的效果[23]。

4 在植物生长调节上的应用

作为植物生长调节剂，壳聚糖的特异性比一般的植物激素强[24]，它主要通过种子包衣，泡根和叶面喷施等方式来应用。其中，种子包衣的应用最为广泛，效果也是最好的。师素云[25]等的实验表明，用羧甲基壳聚糖处理玉米种子，可以明显提高种子的发芽势、发芽率和实生菌株。处理后，胚乳中α-淀粉活性酶、α-淀粉同工酶，以及叶片中叶绿素含量明显提高，这表明羧甲基壳聚糖能加速种子萌发过程中胚乳淀粉的水解，为种子萌发提供充足的养分，有利于幼苗生长，对幼苗有明显的生理调节功能。在玉米花期用羧甲基壳聚糖处理，玉米籽粒的谷氨酰胺合成酶（GS）、谷氨酸脱氢酶（GDH）以及谷丙转氨酶（GPT）的活性明显增强，促使籽粒贮藏蛋白的含量增高，产量增加。Knoor等研究表明[26]，壳聚糖与植物细胞壁成分——多聚半乳糖的醛酸结合后，细胞透性增加，低分子化合物泄露增多。他用壳聚糖包埋三色苋菜细胞后进行培养，发现从苋菜细胞中释放的草酸盐多于一般游离悬浮培养细胞，这说明壳聚糖既可包埋细胞又能促进细胞代谢物的排泄。

5 在土壤改良剂和肥料上的应用

多聚糖是一类天然的土壤结构改良剂，也是国外研究应用较广阔的一种改良剂。几丁质和壳聚糖属于氨基多糖，含有丰富的C、N元素，能被微生物降解利用，作为植物生长的养分。几丁质和壳聚糖具有胶结土粒，促进形成团聚体的能力。它们的分子上含有大量羟基，羟基与粘粒矿物晶体表面上的氢原子形成氢键，能将分散的土粒胶结在一起形成团聚体，疏水基覆盖在粘粒表面，改变了粘粒的水合性，使形成的团聚体具有水稳性。另外，几丁质和壳聚糖能改变土壤、根际和植物根组织微生物区系，促进有益微生物的生长，抑制植物病原菌[27]。Hallmann用几丁质处理棉花根际后，发现棉花寄生线虫基本被抑制[28]。几丁质和壳聚糖也能促进一些真菌、细菌产生几丁质酶和壳聚糖酶，抑制一些病原真菌的生长[29]。壳聚糖与可溶性蛋白合成的液体土壤改良剂，具有较好的稳定性和可降解性，能改善土壤的团粒结构，降解后还能成为优良的有机肥料。在复合肥料中，添加脱乙酰基壳聚糖溶液，可以成倍提高颗粒率，改善复合肥质量。

综上所述，由于其本身的生物学功能，及其无污染、可降解等性能，几丁质和壳聚糖在农业领域已显示出巨大的应用潜力。随着研究的进一步深入，它们将在农业领域发挥越来越重要的作用。

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