壳聚糖的抑菌作用及在农业中的应用只是课件

二 .在农业中壳聚糖的主要功能 及应用
• 在农业中壳聚糖的主要功能 • 壳聚糖在农业中的应用
1.在农业中壳聚糖的主要功能
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。
• 促进根系生长 • 活化根际状态 • 缩节粗壮 • 杀菌能力 • 改良土壤 • 改善作物品质，增加产量 • 提高肥效 • 增强免疫能力
壳聚糖的抑菌作用及在农业中的 应用
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。
2.2 壳聚糖对植物病原菌直接抑 制作用的机制
壳聚糖对许多植物病原菌的生长都有很强的 直接抑制作用。研究者认为，主要通过下面两种 机制实现：(1)由于壳聚糖为甲壳素的多聚阳离子 衍生物，所以它可与病原菌细胞表面的生物大分 子带负电的侧链相互作用，形成聚合物，可影响 病原菌进而抑制病原菌的生长；(2)壳聚糖还可直 接进入病原菌的细胞核，与DNA结合通过影响病原 菌的mRNA和蛋白质的合成来抑制其生长。
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 在农业生产中发挥重要的作用。
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，相互关联， 协同作用。
2. 壳聚糖抑制植物病害的机制
• 壳聚糖诱导植物产生广谱抗性的机制 • 壳聚糖对植物病原菌直接抑制作用的机制
2.1 壳聚糖诱导植物产生广谱抗性 的机制
植物对病害的防卫反应是由许多植物可诱导基因控制 的，外界刺激(如：病菌侵入或施用壳聚糖)可导致这些基因 的表达，从而在细胞内合成各种防卫蛋白来实现对病害的抗 性，这些防卫蛋白包括前边提到的PR蛋白、植物抗毒素、几 丁质酶、壳聚糖酶、 l，3-葡聚糖酶和木质素等。Bronner等 发现，壳聚糖在植物受病虫害侵入后，可在很短时间(1h)内 富集于细胞核内，与DNA很强的亲和，并可改变DNA的结构。 Wither等发现，当壳聚糖的侧链扭转后，能够进入DNA双螺 旋结构与DNA骨架上的氧形成氢键，从而影响植物细胞的基 因表达。这些研究均提示，壳聚糖诱导植物产生的对植物病 害的广谱抗性，可能是其激活植物自身特定的防卫蛋白基因 表达所致，但具体的机制还有待深入的探讨。
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 -related proteins) 。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。
1.4 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，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(R ri．Ⅲ azysporum f．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。
1.2 诱导木质素形成
木质素是植物维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。Ba rL 用甲壳素的低聚体处理小麦伤口(每个伤口
用0.04 nag)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。
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Biblioteka Baidu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)、