殼寡糖在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用研究綜述

馬雪麗 李建峰 李喜鳳

（1.河南心連心化肥有限公司，河南 新鄉(xiāng) 453731；2.新疆心連心能源化工有限公司，新疆 瑪納斯 832205）

殼寡糖（Chitosan oligosaccharides，COS），又稱氨基寡糖素、低聚葡萄糖胺、低聚氨基葡萄糖，是由來源于蝦蟹殼的殼聚糖經(jīng)特殊的生物酶技術(shù)、化學降解、微波降解技術(shù)等降解得到的一種寡糖產(chǎn)品，是由2～10個氨基葡糖通過β-1-4糖苷鍵連接而成，分子量≤3 200 Da，也是自然界中唯一帶正電荷陽離子堿性氨基低聚糖。殼寡糖不僅具有良好的水溶性、環(huán)保無污染，而且具有獨特的生理活性，易被生物機體吸收利用，在農(nóng)業(yè)、廢水處理、食品、醫(yī)藥和日用化學品等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。氨基寡糖素是農(nóng)業(yè)用殼寡糖，其作為一種植物免疫誘抗劑具有促進植物生長、減少藥劑使用量、環(huán)保等特點，比較符合綠色植保理念，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)用具有抗病、抗逆、促進生長、增產(chǎn)、提質(zhì)和保鮮等作用。

1 在農(nóng)作物抗病中的應(yīng)用

殼寡糖可誘導(dǎo)作物產(chǎn)生大量的抗病因子，有效預(yù)防病毒、真菌、細菌等病原物侵染，達到控制病害的目的。趙小明［1］研究表明殼寡糖能夠誘導(dǎo)煙草表皮細胞產(chǎn)生信號分子NO和H2O2，其中NO信號分子與殼寡糖誘導(dǎo)的植物防御反應(yīng)密切相關(guān)，當清除植物體內(nèi)NO時，殼寡糖誘導(dǎo)煙草抗病性效果降低。Chen Fang［2］認為，殼寡糖是結(jié)合在質(zhì)膜上并激發(fā)多種防御反應(yīng)的誘導(dǎo)子。殼寡糖處理水稻12 h和24 h后，經(jīng)二維凝膠電泳發(fā)現(xiàn)在蛋白質(zhì)片段上有14個正負調(diào)控蛋白質(zhì)點，其中推測被質(zhì)譜法成功識別的8個蛋白質(zhì)點可能具有參與植物防御的功能。

目前，針對殼寡糖誘導(dǎo)植物抗病的研究較多，關(guān)于煙草、柑橘、棉花、馬鈴薯、水稻、小麥、玉米、草莓、油菜和番茄等作物的抗病性研究均有報道。趙小明［1］研究表明殼寡糖對煙草花葉病毒病、棉花黃萎病有誘抗效果，誘導(dǎo)抗病效果與使用濃度關(guān)系密切，濃度為50 μg/mL時效果最好。楊晉云等［3］研究表明，殼寡糖可有效抑制稻瘟病的發(fā)生，預(yù)防效果為79.96%；可降低小麥條銹病、葉銹病、稈銹病的發(fā)生率，若與其他化學殺菌劑組合使用，可提高殺菌劑的藥效，減少化學農(nóng)藥使用次數(shù)一兩次；用殼寡糖拌玉米種子，可防控玉米絲黑穗病的發(fā)生。

2 在農(nóng)作物抗逆中的應(yīng)用

殼寡糖通過調(diào)控植物在寒冷、干旱等逆境條件下的生理生化機能，極大地降低逆境對植物的損傷，從而減少不良環(huán)境因素對作物的影響。趙小明［1］研究表明殼寡糖能激發(fā)植物抗性相關(guān)基因表達，如激發(fā)幾丁質(zhì)酶、β-1，3-葡聚糖酶和PAL酶基因表達量增加。棉花根幾丁質(zhì)酶、β-1，3-葡聚糖酶基因表達，以50 μg/mL殼寡糖的效果最好。

2.1 在農(nóng)作物抗寒中的應(yīng)用

王夢雨等［4］對小偃22和西農(nóng)9871小麥幼苗設(shè)置常溫噴施殼寡糖處理組（噴施100 mg/L，下同）、常溫對照組（噴施清水）、低溫（0℃低溫脅迫48 h，下同）殼寡糖處理組和低溫對照組4個處理。結(jié)果表明，與常溫對照組相比，低溫脅迫48 h后殼寡糖處理的小麥葉片損傷面積、丙二醛含量增幅較低，2個品種葉片脯氨酸含量、還原糖含量有不同程度增高，可溶性糖含量也表現(xiàn)出增高的趨勢，經(jīng)過復(fù)溫培養(yǎng)，殼寡糖處理下2個小麥品種的返青率分別提高了4.6%和5.9%，說明殼寡糖可通過促進小麥苗脯氨酸、還原糖等低溫抗性相關(guān)次生代謝物的表達，提高其對低溫寒害的抵抗能力。鄭典元等［5］以水稻連粳優(yōu)08-1種子為材料，研究不同濃度的殼寡糖處理對水稻幼苗生長及抗寒性的影響發(fā)現(xiàn)，水稻幼苗經(jīng)殼寡糖低溫脅迫處理后，過氧化氫酶活性、丙二醛含量、電導(dǎo)率較對照分別增加23%、81%、8.2%，表明殼寡糖能夠促進幼苗生長，提高水稻抗寒能力。匡銀近等［6］通過對茄苗噴施不同濃度殼寡糖后進行5℃低溫處理3 d后，經(jīng)測定低溫傷害率、常溫下恢復(fù)生長后的存活率、葉片相對電導(dǎo)率、MDA含量、可溶性糖和脯氨酸含量等指標發(fā)現(xiàn)，適宜濃度殼寡糖處理可增強茄苗的抗冷性，且以1/1 000（w/v）殼寡糖處理的抗冷效果最明顯。

2.2 在農(nóng)作物抗旱中的應(yīng)用

劉曉霞等［7］以臺糖22號為材料，設(shè)3個處理：正常供水（CK）、干旱處理、干旱脅迫條件下甘蔗葉片噴施100 mg/L殼寡糖溶液，采集噴施殼寡糖后第2、4、6、8天的葉片樣品，測定甘蔗葉片內(nèi)肽酶、丙二醛、可溶性糖、葉綠素熒光參數(shù)等指標。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，干旱脅迫下，外施殼寡糖可協(xié)調(diào)甘蔗葉片的生理代謝過程，提高甘蔗葉片對干旱脅迫的適應(yīng)性，增強甘蔗的抗旱性。李艷等［8］用50 mg/L殼寡糖溶液噴施油菜的幼苗葉片后發(fā)現(xiàn)干旱脅迫下油菜葉片的氣孔限制值顯著降低，胞間CO2濃度、氣孔導(dǎo)度、凈光合速率顯著提高，說明殼寡糖有助于減輕氣孔限制引起的凈光合速率的降低，從而增強油菜抗逆性。李思等［9］在自然干旱條件下多次葉面噴施不同濃度的殼寡糖，調(diào)查其對不同玉米雜交種抗旱相關(guān)生理指標。結(jié)果表明，在5、10、15葉期葉面噴施殼寡糖，葉片相對含水量均較清水對照顯著提高，電導(dǎo)率和丙二醛含量較清水對照顯著降低。由此說明，在干旱脅迫下葉面噴施殼寡糖對細胞膜具有保護作用。

3 在農(nóng)作物增產(chǎn)中的應(yīng)用

殼寡糖通過降低病害、逆境對作物的影響和危害，提高作物光合效率，促進植物器官分化和養(yǎng)分積累，從而提高作物產(chǎn)量。李思等［9］在自然干旱條件下多次葉面噴施不同濃度的殼寡糖，調(diào)查其對不同玉米雜交種產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響。結(jié)果表明，吐絲期、生育期、株高、穗位高、穗行數(shù)和百粒質(zhì)量的影響不顯著，但行粒數(shù)和穗粒質(zhì)量較清水對照顯著提高，而且以0.3%濃度的作用更為明顯。由此說明，可通過對行粒數(shù)的影響來提高玉米產(chǎn)量。張佳蕾等［10］在旱薄地條件下，以小花生品種“花育20號”和大花生品種“花育22號”為試驗材料，研究葉面噴施不同濃度殼寡糖對葉片衰老、莢果產(chǎn)量的影響，結(jié)果表明，殼寡糖處理均顯著提高了旱薄地花生飽果期葉片葉綠素含量和保護酶（SOD、POD、CAT）活性，降低了MDA含量，并顯著提高了2個品種的單株結(jié)果數(shù)、飽果率和莢果產(chǎn)量。孟靜靜［11］在高產(chǎn)田條件下，以小花生品種“花育20號”和大花生品種“花育25號”為試驗材料，葉面噴施不同濃度殼寡糖處理均提高了2個品種的單株飽果數(shù)和飽果率，顯著提高了莢果產(chǎn)量。

4 在農(nóng)作物改善品質(zhì)中的應(yīng)用

殼寡糖通過提高葉綠素含量，提高維生素C、可溶性總糖的含量，降低可滴定酸含量，從而改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)。張佳蕾等［10］在旱薄地條件下，以小花生品種“花育20號”和大花生品種“花育22號”為試驗材料，研究葉面噴施不同濃度殼寡糖對花生品質(zhì)的影響，結(jié)果表明，噴施100 mg/kg處理對“花育20號”、噴施200 mg/kg處理對“花育22號”的籽仁蛋白質(zhì)和脂肪含量均有不同程度提高。楊普云等［3］在柑橘果實膨大期用5%氨基寡糖素水劑1 000倍液進行葉面噴施，處理組較對照組維生素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%，能夠提早上市且果實外觀較好。

5 在提高農(nóng)作物耐儲藏中的應(yīng)用

殼寡糖可改善農(nóng)產(chǎn)品表皮等組織結(jié)構(gòu)，從而達到保鮮作用，并可降低貯藏病害的發(fā)生。楊普云等［3］針對殼寡糖對芒果、獼猴桃、荔枝、蓮霧等水果耐貯藏性進行研究，在果實膨大期葉面噴施5%氨基寡糖素水劑1 000倍液，7～10 d噴施一次，共噴施兩三次，結(jié)果表明，處理組能夠保鮮水果，能不同程度延長貯存期，降低病害發(fā)生程度。

總之，殼寡糖是甲殼素、殼聚糖系列產(chǎn)品的高級產(chǎn)品，較易被土壤中微生物降解為H2O和CO2等易于環(huán)境吸收的物質(zhì)，環(huán)保無污染，無殘留。殼寡糖具有良好的水溶性，并具有獨特的生理活性，易被生物機體吸收利用。已有研究表明殼寡糖在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上具有誘導(dǎo)抗病、抗逆、促進生長、促進增產(chǎn)、改善品質(zhì)以及提高農(nóng)產(chǎn)品耐貯藏性等作用。我國是一個農(nóng)業(yè)大國，主要糧食作物小麥、玉米、水稻種植面積近1億hm2，蔬菜和果樹種植面積近3 000萬hm2，棉花種植面積近5萬hm2，因此，殼寡糖在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用前景廣泛，對農(nóng)作物增產(chǎn)增收具有重要的意義。