浅谈 γ- 聚谷氨酸在农业生产中的应用

浅谈 γ- 聚谷氨酸在农业生产中的应用

发表时间：2018-04-02T14:58:37.103Z 来源：《红地产》2017年7月作者：马雪丽李花苗樊志磊郭景丽[导读] γ- 聚谷氨酸（γ-PGA）是微生物（主要为芽孢杆菌类）发酵的产物，是一种具有良好的水溶性、可生物降解、不含毒性的胞外多肽，可在化妆品、环境保护、食品、医药、农业等领域进行应用。

1 引言

γ- 聚谷氨酸 (γ-poly-glutamic acid, 简称 γ-PGA) 是微生物 ( 主要为芽孢杆菌类 ) 发酵的产物，又称纳豆胶、多聚谷氨酸。它是一种水溶性，生物降解，不含毒性，使用微生物发酵法制得的生物高分子。γ-PGA 聚谷氨酸是一种特殊的阴离子自然聚合物，是以 α- 胺基(α-amino) 和 γ- 羧基 (γ-caboxyl) 之间经酰胺键 (amide linkage) 所构成的同型聚酰胺 (homo-polyamide)，其聚合度约为 200 ～ 700，分子量从 10 万 -200 万道尔顿不等。进入 21 世纪之后，微生物发酵法生产 γ-PGA 的研究受到了越来越多研究者的关注。γ-PGA 作为一种新型可生物降解的水溶性髙分子材料，其优良的性能已经在医药、日化、轻工业和食品等许多领域得以应用，被广大研宄者公认为一种极

具发展潜力的绿色环保化学产品。不仅如此，随着研宄的深入，γ-PGA 及其衍生物在农业中的应用也得到越来越多的认可，尤其是近年来，其在土壤和肥料等方面的应用已经成为了农业领域一个新的生长点。为此，笔者对 γ-PGA 在农业生产中的应用成果进行综述，以期为 γ-PGA 在农业中的应用提供理论依据。

2 γ- 聚谷氨酸在农业上的应用

γ-PGA 在农业生产的应用研宄开始于 20 世纪 90 年代，主要是对作物种子活力的影响进行了研究，随后随着人们对其独特的生理生化性质的认识，其在农业各个方面的应用受到了广泛的关注。

2.1 保水保肥，提高肥料利用率

γ-PGA 分子含有 1 万个以上的超强亲水性基团 -- 羧基，能充分保持土壤中水分，改进黏重土壤的膨松度及空隙度，改善砂质土壤的保肥与保水能力。有研究发现，γ-PGA 在自然条件下的最大吸水倍数高达 1108.4 倍，并且对土壤中水分的吸收倍数介于 30-80 倍之间，而且 γ-PGA 的水浸液在土壤中具有一定的保水力和较理性的释放效果，有明显的抗旱促苗效应。另外 γ-PGA 带有负电游离羧基，能有效阻止硫酸根、磷酸根等与钙、镁元素的结合，避免产生低溶解性盐类，更能有效促进养分的吸收与利用。张文通过对 γ-PGA 在盆栽小白菜和油菜肥料利用率的影响研究表明，γ-PGA 的添加能显著提高小白菜和油菜菜地中氮肥、磷肥、钾肥当季利用率，并且随着肥料施用量的减低，对肥料利用率的增效作用基本呈现上升趋势。因此 γ-PGA 作为营养增效剂广泛应用于造粒设备，生产出的肥料具有抗旱、保水、提高肥效等作用。

2.2 提高种子发芽率，促进幼苗根系生长张新民等研究表明，γ-PGA 高吸水性树脂直接拌土试验结果显示拌土面施能够显著提高不同粒型种子的出苗率，其中小麦和玉米等出土能力较强的单子叶植物在低降水条件下具有更好的效果。郝荣华等研究表明，不同分子量 γ-PGA 能够不同程度地提高绿豆的发芽率，增加幼苗的株高、根长、鲜质量等生理指标，相应地，种子的淀粉酶、过氧化氢酶和过氧化物酶活性也有不同程度的提高。

2.3 平衡土壤酸碱值，改良土壤聚谷氨酸可有效平衡土壤酸碱值，避免长期使用化学肥料所造成的酸性土质及土壤板结，对因海水倒灌造成的盐渍和碱性土壤也有很好的改良作用。

2.4 螯合重金属离子，减轻土壤污染

近年来，通过 γ-PGA 去除重金属的研究已经取得了很大的进展。大量研究表明，γ-PGA 对重金属有很强的吸附能力。早在 1990年，Mclean 等人研究了 γ-PGA 和重金属之间的结合力，发现 γ-PGA 可以结合 Cr3+、Ni2+、Cu2+、Mn2+、Al3+ 及其他金属。姚俊等人研究了 γ- 聚谷氨酸对三种金属离子 Cr3+、Cu2+ 和 Ni2+ 的去除效果，结果表明，这三种金属离子的去除率分别为 90%，83.3% 和76.7%。γ-PGA 对铅离子的吸附研究亦有报道，在中性或偏碱性条件下 γ-PGA 对 Pb2+ 的去除率高达 99.24%。 γ-PGA 对 Co2+ 的吸附也有报道。另外蔡志坚研究表明，γ-PGA 可以通过活化磷矿粉，进而达到吸附土壤中 Pb2+ 的效果。由此可见，γ-PGA 作为增效剂添加于尿素、磷肥、钾肥中，提高肥料利用率，减少化学残留，减轻土壤污染，同时可避免作物从土壤中吸收过多的有毒重金属而产生的食品安全问题。

2.5 促进根系生长，增强作物抗逆性

γ-PGA 对植物根部有促进生长作用，能刺激根毛和新生根系的生长，从而提升植物地下部分吸收养分的能力，在干旱、水涝和低温等逆境环境下，可有效地保证水分和养分的正常吸收和缓冲旱、涝、寒等逆境对植物根系造成的损伤。试验研究发现在同样的肥力条件下，浸种后，能够明显提高小白菜、小麦、玉米和棉花等作物对土壤中各种养分的吸收效率，能够显著提高作物的芽长、根重、发芽指数等活力指标。

2.6 增强光合作用，提质增产光合作用是植物生长发育的基础，为植物的生长提供所必需的物质和能量，是影响植物产量和品质的重要因素。张文对大棚生菜品质的研宄发现，γ-PGA 的添加能够显著降低生菜中硝酸盐的含量，同时提高生菜中维生素 C、可溶性糖以及叶绿素（SPAD）的含量，与对照相比，分别增加 132%、14.86% 和 2 9.42%，较对照产量增加 10.54%。

2.7 在农业其他方面的应用除了在肥料中的应用具有较好的效果外，γ-PGA 在杀虫剂、除草剂、驱虫剂等农药中的适量添加可以延长这些药物在作物对象表面上的停留时间，使作物叶片的农药不易因干燥、下雨等原因而损失，从而提高农药的作用效果。

3 结语

γ-PGA 作为一种新型高分子材料，在农业领域已经得到广泛的研究与应用。与国外相比，我国专门研究 γ-PGA 在农业上应用的企业及科研机构仍旧欠缺。但随着人们对 γ- 聚谷氨酸认识的加深，将逐渐受到越来越多的企业及科研机构的重视，其在中国农业中将作出一定的贡献。

参考文献：

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