壳寡糖在农业上的应用研究综述

马雪丽 李建峰 李喜凤

（1.河南心连心化肥有限公司，河南 新乡 453731；2.新疆心连心能源化工有限公司，新疆 玛纳斯 832205）

壳寡糖（Chitosan oligosaccharides，COS），又称氨基寡糖素、低聚葡萄糖胺、低聚氨基葡萄糖，是由来源于虾蟹壳的壳聚糖经特殊的生物酶技术、化学降解、微波降解技术等降解得到的一种寡糖产品，是由2～10个氨基葡糖通过β-1-4糖苷键连接而成，分子量≤3 200 Da，也是自然界中唯一带正电荷阳离子碱性氨基低聚糖。壳寡糖不仅具有良好的水溶性、环保无污染，而且具有独特的生理活性，易被生物机体吸收利用，在农业、废水处理、食品、医药和日用化学品等领域应用广泛。氨基寡糖素是农业用壳寡糖，其作为一种植物免疫诱抗剂具有促进植物生长、减少药剂使用量、环保等特点，比较符合绿色植保理念，在农业生产上应用具有抗病、抗逆、促进生长、增产、提质和保鲜等作用。

1 在农作物抗病中的应用

壳寡糖可诱导作物产生大量的抗病因子，有效预防病毒、真菌、细菌等病原物侵染，达到控制病害的目的。赵小明［1］研究表明壳寡糖能够诱导烟草表皮细胞产生信号分子NO和H2O2，其中NO信号分子与壳寡糖诱导的植物防御反应密切相关，当清除植物体内NO时，壳寡糖诱导烟草抗病性效果降低。Chen Fang［2］认为，壳寡糖是结合在质膜上并激发多种防御反应的诱导子。壳寡糖处理水稻12 h和24 h后，经二维凝胶电泳发现在蛋白质片段上有14个正负调控蛋白质点，其中推测被质谱法成功识别的8个蛋白质点可能具有参与植物防御的功能。

目前，针对壳寡糖诱导植物抗病的研究较多，关于烟草、柑橘、棉花、马铃薯、水稻、小麦、玉米、草莓、油菜和番茄等作物的抗病性研究均有报道。赵小明［1］研究表明壳寡糖对烟草花叶病毒病、棉花黄萎病有诱抗效果，诱导抗病效果与使用浓度关系密切，浓度为50 μg/mL时效果最好。杨晋云等［3］研究表明，壳寡糖可有效抑制稻瘟病的发生，预防效果为79.96%；可降低小麦条锈病、叶锈病、秆锈病的发生率，若与其他化学杀菌剂组合使用，可提高杀菌剂的药效，减少化学农药使用次数一两次；用壳寡糖拌玉米种子，可防控玉米丝黑穗病的发生。

2 在农作物抗逆中的应用

壳寡糖通过调控植物在寒冷、干旱等逆境条件下的生理生化机能，极大地降低逆境对植物的损伤，从而减少不良环境因素对作物的影响。赵小明［1］研究表明壳寡糖能激发植物抗性相关基因表达，如激发几丁质酶、β-1，3-葡聚糖酶和PAL酶基因表达量增加。棉花根几丁质酶、β-1，3-葡聚糖酶基因表达，以50 μg/mL壳寡糖的效果最好。

2.1 在农作物抗寒中的应用

王梦雨等［4］对小偃22和西农9871小麦幼苗设置常温喷施壳寡糖处理组（喷施100 mg/L，下同）、常温对照组（喷施清水）、低温（0℃低温胁迫48 h，下同）壳寡糖处理组和低温对照组4个处理。结果表明，与常温对照组相比，低温胁迫48 h后壳寡糖处理的小麦叶片损伤面积、丙二醛含量增幅较低，2个品种叶片脯氨酸含量、还原糖含量有不同程度增高，可溶性糖含量也表现出增高的趋势，经过复温培养，壳寡糖处理下2个小麦品种的返青率分别提高了4.6%和5.9%，说明壳寡糖可通过促进小麦苗脯氨酸、还原糖等低温抗性相关次生代谢物的表达，提高其对低温寒害的抵抗能力。郑典元等［5］以水稻连粳优08-1种子为材料，研究不同浓度的壳寡糖处理对水稻幼苗生长及抗寒性的影响发现，水稻幼苗经壳寡糖低温胁迫处理后，过氧化氢酶活性、丙二醛含量、电导率较对照分别增加23%、81%、8.2%，表明壳寡糖能够促进幼苗生长，提高水稻抗寒能力。匡银近等［6］通过对茄苗喷施不同浓度壳寡糖后进行5℃低温处理3 d后，经测定低温伤害率、常温下恢复生长后的存活率、叶片相对电导率、MDA含量、可溶性糖和脯氨酸含量等指标发现，适宜浓度壳寡糖处理可增强茄苗的抗冷性，且以1/1 000（w/v）壳寡糖处理的抗冷效果最明显。

2.2 在农作物抗旱中的应用

刘晓霞等［7］以台糖22号为材料，设3个处理：正常供水（CK）、干旱处理、干旱胁迫条件下甘蔗叶片喷施100 mg/L壳寡糖溶液，采集喷施壳寡糖后第2、4、6、8天的叶片样品，测定甘蔗叶片内肽酶、丙二醛、可溶性糖、叶绿素荧光参数等指标。结果发现，干旱胁迫下，外施壳寡糖可协调甘蔗叶片的生理代谢过程，提高甘蔗叶片对干旱胁迫的适应性，增强甘蔗的抗旱性。李艳等［8］用50 mg/L壳寡糖溶液喷施油菜的幼苗叶片后发现干旱胁迫下油菜叶片的气孔限制值显著降低，胞间CO2浓度、气孔导度、净光合速率显著提高，说明壳寡糖有助于减轻气孔限制引起的净光合速率的降低，从而增强油菜抗逆性。李思等［9］在自然干旱条件下多次叶面喷施不同浓度的壳寡糖，调查其对不同玉米杂交种抗旱相关生理指标。结果表明，在5、10、15叶期叶面喷施壳寡糖，叶片相对含水量均较清水对照显著提高，电导率和丙二醛含量较清水对照显著降低。由此说明，在干旱胁迫下叶面喷施壳寡糖对细胞膜具有保护作用。

3 在农作物增产中的应用

壳寡糖通过降低病害、逆境对作物的影响和危害，提高作物光合效率，促进植物器官分化和养分积累，从而提高作物产量。李思等［9］在自然干旱条件下多次叶面喷施不同浓度的壳寡糖，调查其对不同玉米杂交种产量及其构成因素的影响。结果表明，吐丝期、生育期、株高、穗位高、穗行数和百粒质量的影响不显著，但行粒数和穗粒质量较清水对照显著提高，而且以0.3%浓度的作用更为明显。由此说明，可通过对行粒数的影响来提高玉米产量。张佳蕾等［10］在旱薄地条件下，以小花生品种“花育20号”和大花生品种“花育22号”为试验材料，研究叶面喷施不同浓度壳寡糖对叶片衰老、荚果产量的影响，结果表明，壳寡糖处理均显著提高了旱薄地花生饱果期叶片叶绿素含量和保护酶（SOD、POD、CAT）活性，降低了MDA含量，并显著提高了2个品种的单株结果数、饱果率和荚果产量。孟静静［11］在高产田条件下，以小花生品种“花育20号”和大花生品种“花育25号”为试验材料，叶面喷施不同浓度壳寡糖处理均提高了2个品种的单株饱果数和饱果率，显著提高了荚果产量。

4 在农作物改善品质中的应用

壳寡糖通过提高叶绿素含量，提高维生素C、可溶性总糖的含量，降低可滴定酸含量，从而改善农产品品质。张佳蕾等［10］在旱薄地条件下，以小花生品种“花育20号”和大花生品种“花育22号”为试验材料，研究叶面喷施不同浓度壳寡糖对花生品质的影响，结果表明，喷施100 mg/kg处理对“花育20号”、喷施200 mg/kg处理对“花育22号”的籽仁蛋白质和脂肪含量均有不同程度提高。杨普云等［3］在柑橘果实膨大期用5%氨基寡糖素水剂1 000倍液进行叶面喷施，处理组较对照组维生素C含量增加30%，可溶性固形物含量增加3.4%，可滴定酸含量降低11%，能够提早上市且果实外观较好。

5 在提高农作物耐储藏中的应用

壳寡糖可改善农产品表皮等组织结构，从而达到保鲜作用，并可降低贮藏病害的发生。杨普云等［3］针对壳寡糖对芒果、猕猴桃、荔枝、莲雾等水果耐贮藏性进行研究，在果实膨大期叶面喷施5%氨基寡糖素水剂1 000倍液，7～10 d喷施一次，共喷施两三次，结果表明，处理组能够保鲜水果，能不同程度延长贮存期，降低病害发生程度。

总之，壳寡糖是甲壳素、壳聚糖系列产品的高级产品，较易被土壤中微生物降解为H2O和CO2等易于环境吸收的物质，环保无污染，无残留。壳寡糖具有良好的水溶性，并具有独特的生理活性，易被生物机体吸收利用。已有研究表明壳寡糖在农业生产上具有诱导抗病、抗逆、促进生长、促进增产、改善品质以及提高农产品耐贮藏性等作用。我国是一个农业大国，主要粮食作物小麦、玉米、水稻种植面积近1亿hm2，蔬菜和果树种植面积近3 000万hm2，棉花种植面积近5万hm2，因此，壳寡糖在农业生产上的应用前景广泛，对农作物增产增收具有重要的意义。