生物源壳聚糖的特点（生物源壳聚糖的功效与作用）

　　生物源农药壳聚糖是甲壳素脱乙酰化处理的产物，甲壳素广泛存在于低等动物，特别是节肢动物，如昆虫、甲壳动物的外壳及低等植物、菌、藻类的细胞壁中，是迄今发现的唯一天然碱性多糖类天然高分子化合物。在农业上使用可以抑制病原菌的生长，还能激活植物的多种抗病基因，诱导植物产生抗病性，增强作物自身免疫力。同时对害虫可以起到杀虫和趋避作用，有优良的成膜性，可作为成膜剂使用；并可用来加工微胶囊剂，作为缓释剂使用。

　　生物源壳聚糖的特点

　　农药按照来源可将其分为化学农药和生物源农药2大类，其中生物化学农药、植物源农药、微生物农药一般归属于生物源农药，也即平时称之为生物农药。生物源农药在我国已有悠久的历史，也是最早应用植物源农药防治病虫害的国家之一；虽然生物源农药特性是药效偏低（与化学农药相比），其发展速度显得比较缓慢，但却是发展绿色农业重要的主力军。

　　生物源农药壳聚糖是甲壳素脱乙酰化处理的产物，壳聚糖的分子量为十几万至几十几，是迄今发现的唯一天然碱性多糖。由于形成有序的大分子结构中大量2-氨基葡萄糖和部分2-乙酰氨基葡萄糖的存在，前者含量一般超过80%，其特殊的分子组成和结构赋予壳聚糖多种生物活性和功能，与甲壳素相比各种性能得以大大改观。

　　据文献报道，生物源壳聚糖具有杀虫、杀菌、调节作物生长、生物官能性和易于成膜等特殊性能，在农业中主要可以用作杀虫剂、杀菌剂、植物生长调节剂、农药缓释剂、果蔬保鲜剂以及可降解地膜和种子处理等应用；而使用的壳聚糖对作物无药害，对人畜无毒害、对环境无公害, 是一种对环境友好的、性能优良的生物源农药，具有广阔的应用前景。

　　壳聚糖已经在食品、医药、化妆品、其他工业方面使用都取得了一定的成果，在农业上则在近年来才得到应用。壳聚糖是植物-病原体相互作用过程中的重要信号分子，不仅能抑制病原菌的生长，还能激活植物的多种抗病基因，诱导植物产生抗病性。它作为植物体内的诱导物，能诱导各类植物产生抗性因子，有效地防治真菌、细菌和病毒性病害；同时又能有效地活化植物细胞，调节和促进植物生长，特别是对目前化学农药无法控制的某些农作物的特殊病害，如枯萎病、黄萎病和病毒病等，有明显而独特的效果，受到人们的关注。

　　生物源壳聚糖的作用

　　1、安全和环保：因为产品来源于天然高分子化合物，完全无毒、无害、无味，可生物降解。

　　2、有效诱导作物在短期内产生大量多种抗性物质，使作物自身免疫能力大大提高；一旦病害侵入，这些抗性物质就能从多个靶位对其杀灭，对病毒、真菌、细菌三方面病害防治都有效。

　　3、激活增强植株生理生化机制：可以促进根系发达，叶茎粗壮，使植株吸收和利用水肥能力以及光合作用等得到加强。

　　4、提高杀虫活性和趋避活性能力：常规使用的杀虫剂剂型及施药方法难以使农药充分接触到靶标昆虫，更多的是残留在环境中造成浪费，且污染环境，给人类健康造成危害。使用这类产品可以通过提高杀虫剂的缓释性能解决这类问题。

　　5、有利于改善土壤中微生物分布：进入土壤可以达到促进有益细菌如固氮菌、纤维分解菌、乳酸菌、放线菌的增生，抑制有害细菌如霉菌、丝状菌的生长。这是其有效改良土壤品质，改善作物的生存环境，也可以预防土传病害和促进作物生长的一个重要原因。

　　6、良好的成膜性、保湿性和选择透气性：在植株和作物表面形成薄膜，对病菌的侵害起阻隔作用，而且这层膜有良好的保湿作用和选择性透气作用。这种特性决定其可以作为成膜剂和果蔬保鲜剂使用。

　　7、多数产品为水剂：加水就可使用，使用方便，价格稍贵，但用户易接受。

　　生物源壳聚糖应用案例

　　1、壳聚糖的抑菌抗菌作用

　　（1）董秋洪等用平板抑菌法分别测定了壳聚糖、40%灭菌净、25%施宝克对辣椒疫霉病菌和水稻恶苗病菌的抑制效果。结果表明壳聚糖对这2种病原菌有不同程度的抑制效果。接种96 h后，壳聚糖稀释250～500倍对辣椒疫霉病菌的抑制率达59.1%以上，特别是壳聚糖稀释500倍的抑制率达91.7%，优于对比药剂25%施宝克2,000倍液的抑制效果，但比40%灭菌净500倍液的抑制效果稍差。接种120 h后，壳聚糖稀释250倍液对水稻恶苗病菌丝的抑制效果只有68.4%，比40%灭菌净和25%施宝克稀释液的抑菌效果都要差。壳聚糖对辣椒疫霉病菌的EC50值（1.96 g/L）小于对水稻恶苗病菌的EC50值（3.14 g/L），说明壳聚糖对前者的抑制作用强于后者。

　　（2）李美芹等以番茄叶霉病菌为实验菌种，研究了壳聚糖的脱乙酰度、分子量、质量浓度、环境pH值及溶剂等因素对壳聚糖抑菌活性的影响。结果表明：壳聚糖对番茄叶霉病菌具有明显的抑制作用；在研究范围内，随质量浓度的增加和pH值降低，抑菌活性增强；较理想的溶剂是乳酸和醋酸；脱乙酰度为86%，分子量213×103的壳聚糖抑菌效果较好，质量分数为0.05%～0.2%，对番茄叶霉病菌具有明显的抑制效果；并且随壳聚糖质量分数的增大，其抑菌效果增加，抑制菌丝生长的半数有效质量浓度（EC50）为462 mg/L。

　　（3）才秀华等研究了水溶性壳聚糖及其稀土离子金属配合物的抑菌活性。利用3个1 g水溶性壳聚糖加入60 mL水，加热到50℃后的样品，分别加入2 g LaCl3·nH2O、2 g CeCl3·7H2O、2 g NdCl3·6H2O溶于10 mL水中，50℃反应15 h后，停止反应，得到澄清透明溶液；滤入丙酮中，有沉淀生成，滤出沉淀，将沉淀用95%乙醇洗涤至洗涤液中无Cl（AgNO3检测）存在，干燥得到壳聚糖配合物固体：分别为壳聚糖La、壳聚糖Ce、壳聚糖Nd。用该壳聚糖配合物对芦笋枯病菌生长的抑制测定，与水溶性壳聚糖相比抑菌效果（第6天，配合物浓度2.0 g/L，生长抑制率仅为52.2%）均有增强，其中壳聚糖Ce配合物最为显著（第6天，配合物浓度2.0 g/L，生长抑制率达到94.6%；而壳聚糖La和壳聚糖Nd生长抑制率分别为85.4%和61.9%）。在低质量浓度1.0 g/L条件下，第6天壳聚糖Ce、壳聚糖La、壳聚糖Nd配合物的抑菌率分别为70.7%、52.7%和42.9%，而壳聚糖仅为8.3%。研究结果表明，所有稀土配合物的抑菌活性高于壳聚糖，说明生长的配合物通过壳聚糖与稀土金属离子的协同作用，提高了抗菌活性。

　　2、壳聚糖的诱导抗病作用

　　（1）盛国柱等研究了不同质量浓度的水溶性壳聚糖及饰配合物对黄瓜幼苗的诱导作用。试验结果表明：25、50 mg/L的水溶性壳聚糖及饰配合物溶液均对黄瓜幼苗产生诱导抗病性，而75 mg/L水溶性壳聚糖及饰配合物溶液均对黄瓜幼苗产生诱导抗病性而且起着抑制作用；其中25、50 mg/L饰配合物的诱导抗病性大于壳聚糖，说明稀土离子和壳聚糖配伍后，产生协同作用，提高了其诱导抗病性作用。

　　在诱导黄瓜幼苗时只诱导了黄瓜幼苗的第1片叶，而全部叶片都接菌，但黄瓜幼苗的所有叶片都产生了抗病性。这表明了水溶性壳聚糖及水溶性壳聚糖及饰配合物对黄瓜幼苗的诱导抗病性具有传导性。水溶性壳聚糖及饰配合物的诱导能力大于水溶性壳聚糖，诱导效果最好的50 mg/L的水溶性壳聚糖及饰配合物诱导的黄瓜幼苗的病情指数在15 d之内的变化为0～38.9，表明其对黄瓜幼苗的诱导抗病性具有持续性以及稳定性。

　　（2）烟草花叶病对烟田的危害十分严重，可造成烟草品质下降，等级降低，因此研发一种绿色有效的抗烟草花叶病的药剂十分重要。目前国内外相继合成的壳聚糖席夫碱、壳聚糖烷基化衍生物的抗病效果明显提高。

　　孙翠红等合成的壳聚糖季铵盐衍生物纳米银溶液，研究了不同浓度该纳米银溶液诱导烟株产生抗烟草花叶病毒（KMV）的活性。结果表明，壳聚糖季铵盐衍生物纳米银溶液在透射电镜（TEM）下粒径分布较均匀，主要在7～12 nm之间。在珊西烟土上以25 μg/mL的壳聚糖季铵盐衍生物纳米银溶液对枯斑的抑制效果最好，抑制率为74.0%，比50% μg/mL壳聚糖溶液和2%宁南霉素水剂分别高41.5%和24.4%；对普通烟K326，该溶液可缓解被病毒侵染的烟草叶绿素含量的下降幅度，提高叶片中超氧化物岐化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）和原卟啉原氧化酶（PPO）的活性，降低丙二醛（MDA）的含量，提高可溶性蛋白含量。

　　（3）宁伟等用5种不同浓度的壳寡糖处理三叶期感病水稻植株，24 h后，以锥虫蓝（Trypan blue）染色，观察壳寡糖诱导水稻叶片细胞死亡产生情况并拍照记录。对30株水稻幼苗发病情况的统计结果显示，经 5 μg/mL壳寡糖处理的水稻植株抗稻瘟病能力明显增强，病级数为2～3级，植株抗病级数为1～2级；而未经壳寡糖处理的植株极大部分病斑为感病病斑，发病级数在4～5级。5 μg／mL壳寡糖处理的防病效果达50%以上。总之，壳寡糖诱导后接种稻瘟病菌的植株抗性明显增强，病斑级别下降，侵染速度减慢，抗病性的增强源于壳寡糖诱导的H R类细胞死亡 。

　　3、壳聚糖的杀虫和趋避作用

　　（1）任清明对壳聚糖提高杀虫剂和趋避剂的使用效果进行了研究。结果表明：① 壳聚糖可使高效氯氰菊酯杀虫持效时间延长至少1个月，说明其对高效氯氰菊酯有明显的缓释和控释功能。② 壳聚糖能延长避蚊胺的作用时间长达4 h，说明其对避蚊胺有明显的缓释和控释功能。③ 可直接利用壳聚糖复配高效氯氰菊酯和避蚊胺，制成缓释剂型。但是有关杀虫、 趋避作用的最长时间及其对杀虫剂和趋避剂的缓释作用程度还需进一步研究。

　　（2）张宓等将壳聚糖及壳低聚糖用于室内杀虫实验。结果表明，壳聚糖对鳞翅目和同翅目害虫均具有一定的杀虫活性，在相同浓度下，对小菜蛾的杀虫活性高于对棉铃虫的杀虫活性，对不同蚜虫的杀虫活性一般为60%～80%，最高可达99%。壳聚糖对害虫的杀虫活性虽然不如化学农药，不宜直接作为常规杀虫剂使用，但从农药与环境相容性上考虑，壳聚糖可以部分代替杀虫剂或作为杀虫剂的增效物质使用。

　　4、壳聚糖作成膜剂使用

　　刘鹏飞等以壳聚糖（CS）固体粉末（CS90粉），配成壳聚糖溶液（CS2-90，其中壳聚糖质量百分含量为2%），作为种衣剂成膜剂，分别按照质量分数0.5%、1.0%、2.0%、2.5%的用量加工成20%克·福种衣剂制剂。测定其成膜时间、包衣均匀度、包衣脱落率、包衣覆盖率、种子表面药剂浸水脱落率等成膜性能相关指标。

　　结果表明：成膜时间和包衣脱落率均高于原用成膜剂，通过配方优化后成膜时间低于8 min，包衣脱落率可以控制在1.0%以下，包衣均匀度达95%以上，包衣覆盖率检测值为86.8%～91.8%，该种衣剂用于包衣水稻种子，不影响种子吸水膨胀和发芽，表面活性剂SD T-25与壳聚糖配套使用可提高药剂在种子表面附着率，明显降低福美双、克百威两种药剂在水中的溶解淋失率。

　　研究结果表明壳聚糖应用在种衣剂中具有较好的成膜性能，且通过优化助剂，可以有效地降低药剂在水中的溶解淋失率，提高药剂在种子表面的附着力。在水稻种衣剂的研究开发中，具有较好的前景。

　　5、壳聚糖作缓释剂使用

　　（1）农用硫酸链霉素（streptomycin sulfate，SMS）是工业品链霉素的粗制品，常用于烟草青枯病的防治。由于SMS田间药效作用时间较短，实际使用中常需要多次施药才能达到防治目的。

　　陈兴江等利用壳聚糖与γ-聚谷氨酸间的静电自组装左右形成纳米微胶囊，制成了壳聚糖与γ-聚谷氨酸负载硫酸链霉素纳米微胶囊；并实现其田间缓慢释放，将有利于延长药效作用时间，减少施药次数，有利于降低SMS在烟草中的残留。

　　制备的硫酸链霉素纳米微胶囊，当硫酸链霉素添加量为10 mg，m（壳聚糖）∶m（γ-聚谷氨酸）＝20∶17时，包封率最高为85.2%，载药量达46.8%。制得的样品进行TEM（透射电镜）观察，发现所得的纳米微胶囊呈球形，形态较规整，球粒分布较均匀，其平均粒径约为20～50 nm，同时该纳米微胶囊内部结构均匀，表明所制得的纳米微胶囊为实心胶束型结构。

　　所制备的硫酸链霉素纳米微胶囊对SMS的释放表现为先快后缓。前期SMS释放趋势减缓，到12 h释放较快，12 h时释放量为55%～65%；随后释放量达到95%以上，到144 h时基本释放完全（98%以上），最高质量浓度达到270 mg/L。12 h释较快是由于吸附在微胶囊表面及表层包埋所致；后面缓慢释放则是由纳米微胶囊结构缓慢打开，逐步释放内部包埋的SMS引起的。这一先快后缓的释放特征对开发的SMS制剂的长效缓释是十分有利的。

　　（2）贾进伟等以壳聚糖和丙烯酸甲酯为囊壁，以戊唑醇为囊心，采用自组装的方法制备了壳聚糖戊唑醇纳米胶囊。采用动态光散射仪（DLS）和透射电镜（TEM）对其粒径和形貌进行了表征，制得的纳米胶囊D50为220 nm，分布系数为0.23；经高效液相色谱测定，纳米胶囊的载药量为21.8%，包覆率为85.7%，体外释放192 h的释药率为65.97%。用带毒培养基法测试了其对3种木竹材霉菌的抑制性能，结果表明：与相同质量浓度（48.2 mg/L）的戊唑醇乙酸乙酯溶液相比，载戊唑醇纳米胶囊处理前20 d抑菌效果较低，但随着时间的延长仍能保持较高的抑菌活性，药剂处理40 d时对木霉、青霉、黑曲霉菌的抑菌率分别仍达70.6%、66.4%和89.1%。

　　（3）为增强氟乐灵农药的光稳定性，提高其有效利用率，刘亚静等以壳聚糖（CS）和甲基丙烯酸甲酯（MMA）为壁材，采用原位聚合法制备了氟乐灵微囊液，经过滤、离心、水洗、冷冻干燥，即得到氟乐灵微囊干粉。并对其测定了外观形态粒径及其分布包封率和载药量，同时研究了其释放特性及其在土壤和水中的光稳定性。结果表明：所制备的氟乐灵微囊呈规则球形，粒径在3～10 nm之间，平均粒径为6.5 μm；包封率和载药量分别为79%和45%。采用淋溶法测定了氟乐灵微囊的释放特性，结果表明：该氟乐灵微囊具有良好的缓释性能；氟乐灵微囊的释放符合Korsmeyer-Peppas模型（logQ＝a＋nlogt，n为扩散指数），当n＜0.45时，芯材的释放以Fick扩散为主。与氟乐灵乳油相比，氟乐灵微囊的光稳定性显著增强，在试验条件下，在土壤表面和水中的光解半衰期分别为22 d和173 min。

　　此外，杨文静等利用粒子凝聚法制备了壳聚糖/三聚磷酸钠纳米胶囊；李志诚等以壳聚糖和海藻酸钠为壁材，通过复凝聚法制备了纳米香精胶囊。