壳聚糖在作物栽培中的研究进展

刘清玮，黄曦漫，李想，刘良尧

（吉林农业科技学院中药学院，吉林吉林132101）

壳聚糖是以强碱处理甲壳素后的脱乙酰产物，即甲壳胺，其化学名为（1,4）-2-乙酰氨基-2-脱氧-β-D葡萄糖。壳聚糖在农业生产中常作为土壤改良剂、防病剂、种衣剂、果蔬保鲜剂、植物生长调节剂等。此外，在生物、食品、医药、废水处理、纺织、造纸等领域中均有应用。本文仅对壳聚糖在作物栽培中的应用作以简要总结与分析。

1 壳聚糖对种子萌发和幼苗生长影响研究

1.1 壳聚糖对种子萌发的影响

目前，甲壳素及其衍生物常用作种子处理剂以促进种子萌发。大量的试验研究表明，壳聚糖具有促进种子萌发的作用，同时存在低浓度促进、高浓度抑制的现象。曾聪明、王海斌等研究结果表明，在低浓度范围内，水稻种子的萌发率随壳聚糖浓度的升高而升高，但在壳聚糖浓度升高到一定程度后，水稻种子的萌发路又呈下降趋势，甚至低于对照组[1]。郭永霞等以不同浓度壳聚糖对大豆种子进行处理，结果表明，当处理液浓度为1.0%时大豆种子的萌发率最高至96.7%，随后呈现下降趋势，当浓度为3.0%时种子萌发率降低至接近对照组[2]。也有研究以壳聚糖处理烟草、玉米、花生种子，均存在低浓度促进高浓度抑制萌发的现象[3-5]。相关研究表明，适宜浓度的壳聚糖可显著增强种子萌发时的呼吸速率，加快物质的转化，进而促进种子萌发。而过高浓度的壳聚糖容易使种子呼吸过快，致使种子中的能量多以热量形式消耗，降低了萌发率[6-7]。

1.2 壳聚糖对幼苗生长量的影响

研究表明，适宜浓度的壳聚糖能够显著提高幼苗的生长量。王春玮等用不同浓度的壳聚糖处理萝卜种子，研究壳聚糖对种子萌发及生长各项指标的影响。研究表明，低浓度处理组，幼苗的芽长、根长、干重和湿重均随着壳聚糖浓度的增加而增加，而当浓度超过0.25%后，幼苗生长开始成下降趋势[8]。于明革也做了类似的研究，结果表明，当壳聚糖浓度由0%增加至0.10%时，黄瓜幼苗的根长、冠重以及根重也随之增加；如浓度继续上升，幼苗的根长、冠重以及根重就开始呈下降趋势，甚至会降至对照组数据以下[9]。有研究对其原理进行了研究分析，适宜浓度的壳聚糖可促进种子mRNA及蛋白质的重新合成，从而徐进种子萌发，提高了种子发芽率[10]。其他相关方面研究显示，羧甲基壳聚糖可提高玉米代谢中谷氨酸脱氢酶、硝酸还原酶等酶活性，从而提高种子萌发过程中的叶绿素含量及α-淀粉酶活性，调节种子萌发并促进幼苗生长。

2 壳聚糖对作物产量及品质的影响

2.1 壳聚糖对作物产量的影响

壳聚糖等甲壳素衍生物在作物增产方面有很大的潜力。壳聚糖通过对作物进行浸种、灌根、冲施及叶面喷施等处理，能促进植物某些次生代谢产物的生成，并促进光合产物的定向运输，利于提高产量。学者Freepons利用喷涂的方法处理冬小麦种子，发现2%壳聚糖可以使每亩增产34.1%，并且分蘖数增加。美国华盛顿州立大学研究组以壳聚糖包衣小麦种子为研究对象，对其增产机理进行研究，结果表明，经壳聚糖处理后使小麦体内RNA核素可以选择性合成20种蛋白，增加了合成种类，由于这种电阻响应导致豌豆素和抗毒素含量增加[11]。我国也有相关方面的报道，任明兴等将壳聚糖以叶面喷施的方法处理茶树，结果显示，适宜浓度的壳聚糖可以增加茶叶中水浸出物和氨基酸含量、降低酚氨比、促进芽叶萌发和生长并提高产量[12]；何福明等用壳聚糖处理冬小麦种子，可增产5%～30%[13]；刘和众等研究，用壳聚糖为主要成分的增产剂浸泡马铃薯，结果显示产量增加20%[14]。

2.2 壳聚糖对作物品质的影响

甲壳聚糖还可提高外作物在和内在品质。罗兵等对壳聚糖浸种处理黄瓜，监控其品质及产量，结果表明，适宜浓度的壳聚糖可增加黄瓜中可溶性糖、蛋白质、游离氨基酸的含量，同时降低纤维素含量，并使产量明显提高[15]。分析其原因，可能与壳聚糖能使茎部生长旺盛有关，并且甲壳素可螯合微量元素，使微量元素更容易被吸收，从而改善品质。

3 壳聚糖对作物抗病、抗逆性的影响

3.1 壳聚糖对作物抗病性的影响

壳聚糖还可诱导植物的抗病性。如用浓度在0.01%～1.0%的壳聚糖处理种子可提高花生对叶斑病、水稻对胡麻斑病的抗性。并且用壳聚糖为主要成分的复合粉剂处理水稻种子，可使水稻增产19.4%～36.4%，并对毒素的抗性提高1.5～2倍。有研究表明，添加适量壳聚糖的水培液可控制由腐霉菌引起的黄瓜猝倒病[16]。以浓度为25～50μg/ml的壳聚糖浸根处理芹菜苗，可显著延缓尖孢镰刀菌引起的萎蔫病。用壳聚糖处理番茄苗可提高番茄根腐病抗性[17]。此外，壳聚糖对番茄早疫病、油菜菌核病、水稻恶苗病、小麦纹枯病、大豆根腐病、大豆花叶病等均可提高抗性[18-19]，并对烂根、沤根、寒根、生根困难、肥害及重茬引起的根系生长不良现象有很好的抑制或促进作用[20]。

有研究者对壳聚糖诱导提高植物抗病性的机理进行了研究，综合分析有以下几方面原因：壳聚糖本身具有成膜性，这是阻碍病原菌进入宿主组织或细胞的主要屏障；壳聚糖可以使植物细胞木质化程度加强或细胞壁加厚，产生乳突、侵填体等结构，从而增加植物抗病性[21-22]；壳聚糖可以调节多酚氧化酶、超氧化物歧化酶、苯丙氨酸解氨酶、过氧化物酶等与抗病性有关的酶活性；壳聚糖可促使植物产生豌豆素等植保素以及酚类化合物等抗菌物质；壳聚糖还可以诱导产生病程相关蛋白，激发一系列防御反应，水解病原菌的细胞壁，抑制病原微生物的生长[23]。

3.2 壳聚糖对作物抗逆性的影响

壳聚糖类物质除了提高作物产量外，还可以提高作物的抗逆性[24-25]。陈惠萍等发现，壳聚糖类物质可提高作物中脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白等物质的含量，从而提高蔬菜植株内部器官的抗逆性，此外因其在蔬菜表面形成一层防护膜，还能够能抵御病虫侵害。另有研究对低温胁迫下不同处理的小白菜抗逆指标进行了测定，结果表明，相较于对照，施肥+甲壳素处理的小白菜叶片丙二醛含量降低，脯氨酸含量升高，且差异达显著水平，提高了小白菜抗冻害能力。

4 壳聚糖的其他应用

壳聚糖在农林业中应用广泛，除以上应用外，壳聚糖进入土壤后的壳质生物分子会刺激土壤产生对作物起到保护作用的天然微生物，同时壳聚糖还可以作为控释载体制备除草剂和杀虫剂[12]。壳聚糖还能在短时间内促进植物毛细根的生长，植物根系发达自然会增强吸水和保水能力，从而提高抗旱、抗倒伏能力。壳聚糖作为动物源有机物质，能刺激土壤微生物的生长，活化根际土壤，溶解养分，各种养分，例如氮、磷、钾等，可以被作物充分的吸收。甲壳聚糖目前主要应用在农业及林业生产中，在中草药的栽培中应用较少，作为一种优良的生物有机制剂，其对中药生长发育及对土壤的改良作用有待进一步研究，而对于中草药的产量、质量形成是否会产生与农作物相似的效果也有待于进一步验证。

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