壳聚糖的抑菌作用及在农业中的应用

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1、壳聚糖的抑菌作用及在农业中的应用壳聚糖(chltosan)是甲壳素(chitin)的一种重要衍生物，是甲壳素脱乙酰基转化而成的产物。甲壳素来源于甲壳类动物，甲壳素(Chitin)也叫甲壳质、几丁、几丁质、蟹壳素、明角壳蛋白、壳多糖，广泛存在于低等动物(如甲壳纲、昆虫纲和蛛形纲等节肢动物外壳)和低等植物(如真菌、藻类、酵母等)的细胞壁中。是自然界中最丰富的天然高分子化合物之一(仅次于纤维素)和第二大含氮化合物(仅次于蛋白质)。据估计，地球上每年由生物合成的甲壳素约有100亿吨，是一种取之不尽、用之不

2、竭的再生资源。人们利用和研究甲壳素已有近百年的历史．因为它的安全无毒性、可生物降解性及生物相容性和独特的理化性质和生物活性。应用范围扩展到化妆品、膜材料、纤维材料、催化剂、混凝剂、酶和细胞的固定化载体、药物载体、吸附剂等多个领域和农业、环境保护、食品工业、医药、分析化学及轻纺工业。在农业方面，利用壳聚糖为原料，采用现代生物技术分解、提取并添加多种微量元素(植物生长所必需)精制而成的肥料，因其在农业方面所取得的良好效果，被人们誉为“植物疫苗”。壳聚糖在农业生产应用中，不仅能使作物长势好，植株健壮，光

3、合作用增强，而且在抗逆性、抗病虫害方面也表现出明显效果，所以有稳定而显著的增收效果。此外，壳聚糖对作物品质的改善和食品营养价值和经济价值也提高有较大的意义。另一方面，壳聚糖可作为植物生长调节剂，促进农作物产量提高，还可作为土壤改良剂及用于收获后农产品的保鲜等。尤其是其在抑制植物病害方面已逐渐成为人们研究的热点。大量研究表明，壳聚糖可以诱导植物产生广谱的抗性、增强植物的自身防卫能力、抑制多种植物病原微生物的生长，而且其无毒并可为微生物降解，对环境不会产生污染。这使其有可能作为一种新型的绿色农药在农业

4、生产中发挥重要的作用。一.壳聚糖对植物病害的抑制作用方式二.在农业中壳聚糖的主要功能及应用三.研究现状与应用前景一.壳聚糖对植物病害的抑制作用方式诱导植物自身防卫反应、产生广谱抗性壳聚糖抑制植物病害的机制1.诱导植物自身防卫反应、产生广谱抗性诱导植物抗性蛋白的产生诱导木质素形成改变植物的酚类代谢诱使植物产生愈创葡聚糖(callcse)、增强植物细胞壁1.1诱导植物抗性蛋白的产生壳聚糖及其衍生物可诱导植物产生抵御病原物质的抗性蛋白——致病相关蛋白PR(pathogenesis-relatedprot

5、eins)。壳聚糖所诱导的抗性蛋白主要为植物抗毒素(phtoalexin)、几丁质酶(chitinase)、壳聚糖酶(chitosanase)和1，3一葡聚糖酶(l，3一glucanase)等。许多研究都表明，壳聚糖可诱导植株产生几丁质酶、壳聚糖酶和l，3-葡聚糖酶，这些酶的底物是真菌细胞壁的主要组分，几丁质酶特别是在与1，3-葡聚糖酶的共同作用下可在体外抑制真菌的生长。壳聚糖诱导出的几丁质酶、壳聚糖酶和l，3-葡聚糖酶彼此之间还有协同效应，以致抗菌作用更为明显。1.2诱导木质素形成木质素是植物维

6、管组织次生细胞壁的主要组分，它本身抗微生物的降解。大量研究证实，甲壳素和壳聚糖及其衍生物可诱使植物在其受病菌侵染点周围木质化，形成一个物理屏障，从而阻止或延迟病原菌的生长和向周围正常组织扩散，增强植物的抗病力。BarL用甲壳素的低聚体处理小麦伤口(每个伤口用0.04nag)结果表明，单体和二聚体几乎没有诱导木质化功能，而四、五、六聚体则有明显的诱导木质素形成的作用。同时他们的实验还证实，脱乙酰化的低聚体都无此作用，因此认为乙酰基是甲壳素和壳聚糖诱导木质形成所必须的基团。1.3改变植物的酚类代谢人们

7、研究天然抗体时注意到：在植物的病菌侵染点处，酚类(单宁.绿原酸等)物质大量积累。酚类是杀菌性物质，又是木质素形成的前体，所以植物体内酚类增多，不但自身可以抗病，而且还可促使病原侵染处木质化，因而使植物抗病能力增强。Ralph证实，壳聚糖诱导的大豆细胞中酚类组成会迅速变化，如苯丙烷、香豆酸和绿原酸等都明显增加。1.4诱使植物产生愈创葡聚糖(callcse)、增强植物细胞壁愈创葡聚糖是一种富含l，3-葡萄糖的多聚糖，植物受到病原侵害时，常在细胞间沉积愈创葡聚糖，从而将受菌感染的部位与正常的细胞分割开，

8、与木质化一样，形成物理屏障。另外，壳聚糖还可以使植物的细胞壁发生改变。Nieol等用壳聚糖处理番茄，当镰刀菌(Rri．Ⅲazysporumf．sp．redid~lycopersici)入侵时，番茄细胞壁显著加厚，胞间被填塞，在病菌侵入处形成大量乳头状突起(papillae)，病原菌被包埋在致密的颗粒状物质中，不能进一步扩散，而且颗粒状物质中似乎还有杀菌物质产生，这样使植物对病原菌产生了有效的抗性。总之，壳聚糖及其衍生物诱导植物产生广谱抗性的方式多种多样，而且各种方式可以同时存在，相