甲壳素农业应用

绿色植保之星—甲壳素肥料知识问答

甲壳素及其衍生产品，近几年在农业及其他各生产生活领域中被大量推广应用。但对于甲壳素及其产品的有关知识人们了解的极少。为了帮助人们尤其是农业技术人员更好地使用甲壳素产品，我们请多年来一直从事甲壳素研究的专家李向群先生，撰写了有关甲壳素知识的系列问答，连载供读者参考。

问：甲壳素是什么物质，它在自然界以什么状态存在？

答：说起甲壳素,首先就要谈谈糖类物质,糖类物质是除蛋白质和核酸外的又一类非常重要的生命物质，糖类化学在生命科学、药物研究中占有很重要的地位和广泛的用途,我们接触比较多的有单糖葡萄糖和二糖果糖、蔗糖等。而甲壳素也是一种多糖,是目前自然界中唯一带正电荷的天然高分子聚合物，属于直链氨基多糖，也可以称做氨基葡萄糖,功能神奇。甲壳素是自然界中唯一含氨基的均态多糖，学名为[(1，4)-2-乙酰氨基-2-脱氧-β-D-葡萄糖]，分子式为(C8H13NO5)n。甲壳素分子化学结构与植物中广泛存在的纤维素非常相似，所不同的是，若把组成纤维素的单个分子——葡萄糖分子第二个碳原子上的羟基(OH)换成乙酰氨基(NHCOH3)或者氨基（NH2)，这样纤维素就变成了甲壳素，从这个意义上讲，甲壳素可以说是动物性纤维。甲壳素现在也是一种通称，包括各种类似结构的物质，作为一种多糖类物质甲壳素具有较高的生物相容性和安全性.

甲壳素在自然界中广泛存在于高等真菌类、节支动物虾、蟹、昆虫的外壳等生物体中。由于大分子间强的氢键作用，导致自然界存在的甲壳素结晶构造坚固，一般不熔化，也不溶于水、酸碱和一般的有机溶剂，化学性质非常稳定，应用有限，只有经过加工后的甲壳素才能广泛应用。

甲壳素作为天然多糖，在地球上的蕴藏量非常大，自然界年合成量10亿吨以上，甲壳素是自然界中仅次于纤维素的第二大生物资源，有动物纤维素之称.。

问：甲壳素的主要用途及应用前景如何？

答：

农业：生物肥料、生物农药、植物生长调节剂、土壤改良剂、农用保鲜防腐剂、饲料添加剂等。

医用生物材料：人造皮肤、医用粘合剂、绷带、医用脱脂棉、缝合线等。

化妆品：洗发剂、洗涤剂、护肤品等。

医药原料：抗癌剂、胆固醇降低剂、驱虫剂、免疫功能复合剂、抗凝剂等。

工业领域：造纸、绘画、照相材料、废水处理剂、食品添加剂、防腐剂等。

食品：保健饮料、机能性食品（保健食品）。

随着人们对甲壳素的关注，甲壳素的许多新功能正在不断被人们发现、开发和利用。甲壳素从被人遗弃的废物到被广泛开发利用成为受人追捧的第二大再生资源，由于物理学粉碎混合复配、辐射降解、化学降解接枝改性、生物学酶法处理等技术的应用，使甲壳素的开发应用扩展到各行各业，包罗万象，21世纪将是甲壳素的大研究、大开发、大应用时代，甲壳素的研究开发将是21世纪高新科技争夺的制高点之一，甲壳素产业将是21世纪最有希望的新兴产业，它

的开发应用，将引发相关产业革命。人类社会离不开甲壳素，甲壳素是我们全人类共同的宝贵财富。

问：为什么甲壳素具有这么多的功能，涉足这么多不同的使用领域？

答：仅从来源来说，甲壳素有从海洋生物（如虾蟹）中提取的、有从昆虫（如蛆壳、蚕蛹壳）中提取的、有从真菌（如蘑菇、灵芝）中提取的，这些甲壳素本身就具有不同的分子量和结构。单从海洋中提取的，就有虾蟹之分，而这些虾蟹的不同海域也导致了甲壳素的不同，即使在同一海域不同季节不同水温下形成的甲壳素也有不同，而在同一只螃蟹和虾身上不同部位的甲壳素成分也不同。在具有了这么多不同之后科学工作者又把甲壳素制成了不同分子量段，并对甲壳素进行接枝改性，使它赋予更多的功能。

不同分子量段的甲壳素具有不同性质，也具有不同的用途。

从接枝改性来说，甲壳素与不同的化学物质在不同的键上进行接枝改性，可以改变甲壳素的性质，也扩展了甲壳素的用途。

问：甲壳素的以下几个概念有何不同？

答：目前我们使用的甲壳素多数是从虾蟹壳中提取的，下面的内容主要以虾蟹壳中甲壳素提取为例说明。

甲壳质是虾蟹壳经过脱钙、脱蛋白之后，还没有脱乙酰时的产物。这时它的化学性质还很不活泼,不溶于水、碱、一般的酸和有机溶剂，只溶于部分浓酸。甲壳质大部分是乙酰氨基葡萄糖组成的聚糖。

甲壳胺、壳聚糖虾蟹壳经过脱钙、脱蛋白、脱乙酰之后的产物，也就是甲壳质脱乙酰后的产物, 大部分是氨基葡萄糖的分子，也有少量乙酰氨基葡萄糖的分子。由于其分子结构中游离氨基的存在，溶解性大大改善，并具有很多独特的理化性质和生物活性,可以溶于稀酸，比甲壳质进了一步。但是甲壳质和壳聚糖都是大分子，分子量在几十万到几百万，都不能直接溶于水。

可溶性甲壳素国内研究的甲壳素多是指壳聚糖，对壳聚糖来说除了低聚糖外，分子量大的壳聚糖都是酸溶的，而不是水溶的，国外称之为“可溶性甲壳素”。“可溶性甲壳素”在应用上有许多局限。

水溶性甲壳素通过先进的技术生产的完全溶于水的甲壳素，国际上称为“水溶性甲壳素”，这种甲壳素易于在以水为介质的状态下被动植物吸收和利用。

分子量段分子量在某一个范围内。在甲壳素领域中，不可缺少的一个词，不同分子量段的甲壳素具有不同的功能：

壳寡糖，分子量200—2000、糖分子数1-10

甲壳低聚糖，分子量2000—6000糖分子数10-30

甲壳多糖，分子量6000—100000糖分子数30-500

复合甲壳素，根据不同功效的要求，将不同分子量段的甲壳素复合制备成由不同分子量段组成的、分子量分布较宽的复合甲壳素，这种甲壳素功能更突出、效果更明显、作用更显著。

问：甲壳素在农业上的研究进展如何？

甲壳素有广谱抗菌性。研究表明，甲壳素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。甲壳素诱导作物产生多种抗性物质，对由病毒、真菌、细菌等引起的病害的防治都有效。尤其重要的是，对病毒病的防治过

去往往是植保的难题，而用甲壳素农药防治效果却十分理想。甲壳素农药在作物发病前使用能获得最佳效果。应用甲壳素对作物炭疽、疫病、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。研究发现，在棉花上施用可以减少土壤中的病菌的数量，并且具有持续效果。用甲壳素处理小麦种子可抑制小麦纹枯病发生，在多种植物（豆类、烟草等）叶片上喷洒或注射壳聚糖可保护植株不受病毒的侵染。赖凡等观察到不同浓度的壳聚糖对小麦赤霉病菌、稻纹枯病菌、灰霉病菌、甘薯软腐病菌等种植物病原真菌的生长有一定的抑制作用，并且壳聚糖还可以抑制灰霉病菌和甘薯软腐病菌孢子的萌发。以甲壳素为主要成分的混合粉在水稻播前处理，可使水稻对毒素的抗性提高30- 40倍，产量增加13-23%。蕃茄苗浸种或喷雾壳聚糖或在生长基质中加入壳聚糖可诱导蕃茄对根腐病的抗性。黄瓜水溶液中加入壳聚糖可控制由腐霉菌引起的猝倒病。李宝英等用甲壳素拌种，可降低水稻？根腐病的发病率和病情指数，防效达89%.，同时可促进大豆根系生长，单株荚果数、粒数、粒重增加。芹菜苗浸根处理可显著延缓尖孢镰刀菌引起的萎蔫症状。

经常使用甲壳素的作物还较少发生虫害。在昆虫刚孵化成幼虫时用甲壳素农药效果最好。甲壳素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。美国马里兰MG0N0 公司正在利用甲壳素生产的一种新型用于杀灭线虫的有机农药，可起到杀虫的作用，该农药无残留，对天敌的影响较小，能有效地保护环境和维持生态平衡。北京市土肥工作站在保护地施用甲壳素、石灰氮等具有药用功能的肥料，很大程度减少了化学农药的用量，对线虫病害具有较好的防治效果，同时可以改善根际微生态区系组成。连续施用药肥防治线虫病害，第一年可以减轻发病率40％，产量增加45％，品质明显改善；第二年可减轻发病率60％，产量增加32％，微生物区系明显改善。

甲壳素可作为药物缓释剂，延长药物作用时间和减少用药量；还可在植物表面形成一层半透膜，阻止有害生物的入侵。因此，甲壳素及其衍生物可作粮食、蔬菜作物等种子的处理剂，激发种子提前发芽，促进作物生长，提高抗病能力，从而提高作物产量。甲壳素作为种子处理剂用量少、成本低廉、无毒副作用。利用甲壳素的抗菌能力和改善土壤的作用，可将甲壳素及其衍生物和其他一些物质共同用做土壤改良剂。

甲壳素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。它可使放线菌的数量增加近30倍，甲壳素可生物降解转化成优质的有机肥料，供作物吸收利用，同时可有效的改善土壤团粒结构，有效改良土壤，改善作物的生存环境，是一种多功能的土壤改良剂。

甲壳素在植株表面形成薄膜，对病菌的侵害起阻隔作用，而且这层膜有良好的保湿作用和选择性透气作用。这些特性决定了甲壳素可以成为果蔬保鲜剂的最好原料。目前应用最多的是水果、蔬菜的保鲜。对猕猴桃、苹果、青椒、梨、番茄、黄瓜、柑橘、芒果，草莓等的研究发现，利用这一方法可以一定程度上延缓果实衰老，减少腐烂，延长贮藏时期。虽然甲壳素的保鲜效果不如气调、冷藏等传统的贮藏方法，但是它应用方便，价格低廉，无毒无害，作为一种辅助的贮藏方法是大有应用空间的。

施用甲壳素还可提高作物的抗寒冷、抗高温、抗旱涝、抗盐碱、抗肥害、气害、抗营养失衡等抗逆性。譬如甲壳素诱导作物产生的多种抗性物质中，有些具有预