必看！壳寡糖在农业上的十大功能
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甲壳素是一种取之不尽的生物资源，安全无毒，不会对环境造成污染，甲壳素脱去部分乙酰基，形成氨基葡萄糖的大分子聚合物——壳聚糖，再采用酶解法、超声波法等把壳聚糖变成分子量更小的壳寡糖。壳寡糖，又叫氨基寡糖素、甲壳寡聚糖，是指D－氨基葡萄糖以β－1,4糖苷键连接的低聚糖。此外，甲壳素与壳聚糖还可在畜禽水产养殖业中用作饲料添加剂，可减少或替代抗生素。
作为一种安全的生物刺激素，壳寡糖在农业领域用途十分广泛，可显著提高农产品品质。壳寡糖凭借其在农业上强大的功能性、广谱的抗菌性，收获了大批忠实粉丝，特别是其在植物免疫及抗逆性能、抑制线虫上的优异效果，更是获得了水溶肥厂家的亲睐。
面对肥料增效及特肥的火爆市场，各种功能性物质的涌现及应用方式多如牛毛，甲壳素及其衍生物、壳寡糖究竟是如何进行功能定位和应用呢？壳寡糖产业的未来，又会走向何处？
壳寡糖的十大功能
（1）提高作物抗病性
在植物感病前用甲壳素及其衍生物处理植株，可以产生增敏作用，处理后的植物再受到病虫害侵染时可表现出比正常植株更高的防范作用。能够对某些真菌、细菌、病毒及害虫产生毒性，诱导植物启动防御系统。
壳寡糖不能直接使病毒失活，但对于植物体内病毒的复制和长距离移动具有明显的抑制作用，通过抑制植物间病毒和类病毒的传播，提高宿主对感染的过敏性反应，从而达到控制植物病毒性疾病的效果。病毒发生前使用，可预防病毒病发生，能诱导植物对病毒增殖和体内长距离移动的抵抗性，且其诱导活性不依赖寄主的R基因，病毒爆发后使用，可抑制病毒向新生叶片的传播。对于真菌的作用广谱，几乎对所有的真菌病害都有不同程度的预防作用，包括白粉病、霜霉病、黑痣病、立枯病等，与靶向性杀菌剂混配，如烯酰吗啉、氟硅唑、吡唑醚菌酯、噻呋酰胺、乙蒜素、戊唑醇、氰烯菌酯等，可实现内外兼顾，达到减药增效的效果。
（2）激活植物自身先天性免疫系统
几丁质作为真菌病原体细胞壁的主要组分，可刺激植物产生免疫反应。在植物的细胞膜上存在多种模式识别受体，通过识别病原体上的一些共有的、保守的分子基序（也即病原相关分子模式），引发先天免疫反应，植物的先天免疫是植物免疫系统的重要组成部分。壳寡糖能够与植物细胞上的受体结合，激发抗性信号分子产生，经过信号转导，激发抗性基因表达，产生抗性物质，从而达到防治病害的目的。
一般壳寡糖的聚合度在2~10，其乙酰基在壳聚糖分子链上的分布是随机的，其数量和位置对壳寡糖活性的影响很大。壳寡糖因脱乙酰基工艺中脱乙酰度的多少差异较大，即相同条件下，脱乙酰度越高，自由基含量越多，壳寡糖抑菌活性越高。
（3）提升作物抗逆性
在农业生产过程中，外界环境的急剧变化会对植物产生巨大的不可逆伤害。在北方大棚区及早春露地作物上低温冻害经常发生，天气异常时，南方的柑橘、葡萄等也会出现冻害或冷害，发生苗弱、叶片萎蔫、落花落果、果实畸形等，地温低也让根系的吸收能力下降，光合效率低下，直接影响作物产量和品质。如低温环境易导致植物细胞膜流动性降低以及过氧化，对植物细胞造成伤害，壳寡糖可提高可溶性蛋白和可溶性糖等抗寒性物质的含量，降低膜脂过氧化水平和膜透性的增加程度，维持作物较高的光合强度，有效抵御低温对作物的伤害。三浦百草张剑波试验表明，壳寡糖在诱导植物抗寒方面效果显著，提前1~7天使用效果显著。此外，通过在高温环境下的菠菜试验，张剑波发现喷施500倍百净（3%氨基寡糖素）的菠菜叶片受损伤的程度远远低于对照，说明壳寡糖对植物的抗热、耐热能力效果明显，壳寡糖的抗热特性为在高温季节使用壳寡糖的意义重大。
另外，用壳聚糖的Cu2+、Mn2+配合物处理玉米种子和幼苗，配合物能够显著提高玉米幼苗叶片中的SOD活性，降低由盐害胁迫引起的超氧阴离子自由基的氧化胁迫，特别是在壳聚糖-铜配合物作用下，玉米幼苗中脯氨酸含量由空白时的1684µg·g-1降低至913，表明能够显著提高玉米幼苗的耐盐性。
（4）改善根际微生物种群，抑制线虫
土壤中很多生物体（如植物体、细菌、真菌等）都可以产生几丁质酶，这种酶会分解真菌和昆虫体内的几丁质组织，破坏其结构。给土壤增施壳聚糖类物质促进微生物的繁衍与活动，这些微生物通过产生更多的几丁质酶、抗生素和毒素，或直接与有害生物竞争营养，或直接寄生，或激活植物防御系统等方式，增加了对有几丁质成分结构的有害生物的防控水平。壳寡糖有辅助抑线的作用，壳寡糖可以诱导植物根系分泌几丁质水解酶，破坏线虫卵细胞壁中的几丁质；佛山盈辉试验发现壳寡糖可以修复受损根系，促进生根，1-2天起效，5~7天后明显的发现新根长出，缓解噻唑膦的药害并增效与噻唑膦复配。
（5）刺激作物生根
壳寡糖被植物吸收后，诱导植物产生吲哚乙酸等生长素类物质和赤霉素，刺激了植物的根系发育，在辣椒、水稻、马铃薯种子中，用300~500倍液百净拌种，可刺激作物早发芽，在作物的苗期的毛细根多且长，中后期马铃薯具有强大的吸收根系，更好地利用肥料和水分，成为作物抗旱和增产的基础。0.05~0.2%浓度对棉种包衣处理30min，可刺激种子萌发，提高发芽率，增加单株棉铃数。
（6）促进植物前期生长
壳寡糖在植物细胞和组织中具有抗菌、诱导植物生产甲壳素酶的作用，并可提高酶活性，促进蛋白质合成，调节植物基因的关闭和开放，诱导生长素吲哚乙酸（IAA）的合成。刺激植物多种生长发育基因，合成利于植物生长的生物活性物质，活化植物细胞、促进植物的快速生长和发育。
由于壳寡糖处理植物种子后，促进出苗整齐一致、主茎粗、促进早封垄、促进了植物的前期生长，缩短了营养生长的时间，可提前2~3天开花，为增产打下基础，采收期还能比空白对照提前3~5天。试验发现，低浓度壳寡糖（最适浓度0.1mg·L-1）处理黄瓜种子和幼苗，能促进黄瓜幼苗生长，与对照组相比，各项生长指标均显著增加。
（7）增加作物产量，提高农产品品质
由于壳寡糖刺激根系、促进前期生长、提高叶片光合效率，特别在大棚光照不够充足的条件下，植物增产显著。在遭受雹灾的情况下，张剑波试验表明，大西洋品种收获前15天的对照亩产1951kg，亩用100毫升喷沟可增产334公斤，增产率17.1%，亩用150毫升喷沟可增产21.6%。说明百净喷沟促进了马铃薯的早期根系，植株早发，对后期产量增加明显，并且用量越大，增产越明显。同时，均匀度增加，可提高一级薯块的商品率。
柑橘在生长季节喷施壳寡糖溶液3次后，品质有很大的提高，主要体现在维C含量提高20%，可溶性总糖提高13%，可溶性固形物含量提高6%，固酸比提高52%，柑橘可滴定酸含量降低21%。在葡萄、西瓜、番茄上得到了类似的结果。
（8）降解植物体内化学农药残留
壳寡糖可以诱导提高植物细胞内的P450酶活性，降解植物体内化学农药残留，对于茶叶、中药材、果蔬、烟草等作物中的甲氰菊酯、氰氯菊酯、哒螨酮、联苯菊酯的降解效果显著，达到了100%。
（9）安全增效
与杀菌剂混用，可以大幅降低杀菌剂用量，最高可降低化学农药用量的90%，防治作物病害及提高产量效果明显。此外，壳聚糖及其衍生物可以和木霉菌、白僵菌、苏云金杆菌等生物菌包封在一起做成制剂，不但利于这些微生物制剂的储运（作为微生物的碳源和氮源），也能够促进它们的使用效果。
（10）果蔬保鲜剂
果蔬采摘后损失主要是由真菌感染、生理疾病和物理伤害引起的。果蔬保鲜是基于控制微生物的活动来减缓其正常生命活动速度，并保持果蔬自然耐藏及抗病能力，即抑制果蔬呼吸作用，阻止乙烯生成或降低乙烯浓度。
使用壳聚糖及其衍生物为主体的水溶液或乳浊液，在果蔬表面喷涂或浸泡，干燥后可以形成一层无色透明薄膜，降低果蔬的蒸腾作用，使果蔬保持良好的质地。不同浓度的溶液，粘度不同，所形成的保鲜膜的疏密程度也不同，对保鲜时间的长短有着明显的影响，一般选择浓度为1%~2%效果较为理想。
除此之外，壳聚糖具有独特的调节植物氮代谢功能、形成作物及土壤屏障膜、钝化及螯合重金属、改善土壤结构上作用优秀，值得大家共同探索。
壳寡糖终端应用
壳寡糖的最佳使用浓度：
（1）种子处理
100ppm浸种12~24小时（与温度有关），或500ppm拌种或喷种；
（2）叶面喷施
50~100 ppm（人工或机械喷雾器）；适合飞防，浓度需增大；
（3）地下冲施
亩用量为15~25克壳寡糖原药；
壳寡糖的最佳使用时间
（1）在作物生长的关键时期使用，包括种子、幼苗期、定植前或后、开花前、膨大期或灌浆期等；
（2）在逆境发生前或初期，包括冻害、旱害、涝害、病害等发生前1天以上。
壳寡糖的起效期、见效期与持效期
（1）起效时间
（2）见效期在24-36小时；
（3）持效期在7-9天以上。
壳寡糖的安全性
（1）过量使用会在短期内延缓作物的生长，数天内会恢复，不会对作物造成减产和不可逆的伤害；
（2）针对苹果的破坏性试验表明，5-10倍的过量使用依然对作物安全
壳寡糖发展前景及存在问题
对于大分子量的甲壳素来说，是不溶于水，也不溶于酸和碱的，这直接限制了其在多领域的实际应用。因此，就必须用土壤施用的方法，通过土壤微生物的作用把甲壳素分解成更小分子的物质才能被作物吸收利用。
这样一来，鉴于分子量相对较小的壳寡糖类产品可叶喷、可土施、可包衣、可冲施，其功能性及施用方式的优势就非常明显了，此类产品的在农业上的应用必定会前景无限。
尽管如此，但也存在了不少问题，如原料生产及加工企业规模普遍偏小、工艺技术落后、产业化程度低、壳寡糖有效活性成分含量低等，“小作坊”式的生产企业壳寡糖的出厂检测还停留在脱乙酰度、含量、水不溶物、水分、灰分、pH、分子量、聚合度、重金属含量等基础指标上，产品活性及性能是否稳定尚未能形成指标，如何关注并提高的活性成为壳寡糖产业化至关重要的一环。
来源：农资头条，李晓平编辑整理
参考资料来源：
《甲壳素/壳聚糖材料及应用》施晓文 邓红兵 杜予民编著，化学工业出版社
《植物免疫诱抗剂氨基寡糖素应用技术》杨普云 李萍 张善学 陆红霞编著，中国农业出版社
三浦百草生物微信订阅号《氨基寡糖素系列》张剑波
《壳寡糖在农业中的研究与应用》赵勇