(一)发现
1811年,法国科学家布拉可诺从蘑菇中提取出几丁质;1894年,Hoppe-Seyler测定出几丁质溶于有机酸产生的新物质为葡聚糖,即脱乙酰壳多糖——几丁聚糖,并将其命名为Chitosan。
(二)结构特点
自然界中,几丁质是由N一乙酰-2-氨基-2-脱氧一D一葡萄糖以β-1,4糖苷键形式连接而成的多糖,即N-乙酰-D一葡萄糖胺的聚糖。
几丁聚糖是在80-120℃温度下,将几丁质经强碱水解法或酶解法脱去糖基上的乙酰基而成,若将几丁质糖基上的乙酰氨基换以羟基,则是纤维素,由此可见,几丁质与纤维素在结构上有许多相似之处。
(三)分布与储量
在地球上存在的天然有机化合物中,数量最大的为纤维素,第二位便是几丁质,是地球上的第二大再生资源。
同时,几丁质也是地球上除蛋白质外数量位居第二的含氮天然有机化合物,主要来源为节肢动物、软体动物、环节动物、原生动物、腔肠动物、藻类生物、真菌和其他动物。
二、作用机理
(一)形成保水薄膜
几丁聚糖能在种子表面形成一层薄膜,一方面能使种子体内的水分得以保持,另一方面能充分吸收土壤里的水分,提供给种子用以发芽所需的水分,从而促进种子的发芽和出苗;反之,当土壤内的水分太多时,这层膜又能阻隔水分,防止种子腐烂。
(二)缓释营养
几丁质或几丁聚糖是天然聚合物,作为含氮高分子化合物,还能作为缓慢释放的“固氮”营养基质,被植物直接吸收,或者通过微生物的分解作用氧化成硝酸盐而被植物吸收。
(三)调节生理活性
几丁聚糖处理种子,能促进mRNA重新合成,使酶活大大增强,由此提高发芽势和发芽率,使幼苗健壮。
它可作为生长调节物质,增加禾谷类作物分蘖力,调节作物根、茎、叶和花的生长发育,可能是以赤霉素的颉颃形式调节作物的发育动态,或在代谢途径中形成一些低聚糖调节植物生长。
其能调节植物生理功能,主要是因其调节基因,使之关闭或开放,且这种调节能迅速地、高度专一地和选择性地诱导植物特定基因的表达。
(四)促进木质素合成
植株茎秆倒伏是造成减产的原因之一,几丁聚糖处理后,激发作物休眠态和缓慢基因的活力,促进木质素形成及其合成率的提高。
木质素是作物茎秆的骨架材料和纤维素的填充材料,从而提高植株茎秆的抗倒伏能力。
(五)改善土壤微环境
种子经几丁聚糖处理后,形成一层保护膜,这层保护膜既能吸水,又能促进土壤中放线菌及其他一些微生物的生长,改善了种子周围的微环境,包括土壤无论是酸性还是碱性,均不会直接影响种子的发芽,并改善了土壤的性质,更有利于种子的发芽和出苗。
(六)抗菌与诱导抗性
一方面,几丁聚糖进入真菌菌体后,将影响它们的呼吸作用,当作为种子包衣剂时,在一定程度上避免了土壤中一些菌类的侵袭,保护种子;另一方面,几丁聚糖作为寡糖素,能打开植物闭锁的基因,使之提高产量和质量,增加抗病力。
植物受寡糖素诱导后,可影响植物块茎分化,使之有效萌发出幼苗,并诱使细胞迅速合成出抑制病原体侵入的物质,如植物抗菌素、蛋白水解酶抑制剂、几丁质酶等,提高作物的抗病能力。
三、几丁聚糖在农业中的应用
(一)用作果蔬保鲜剂
国内外利用几丁质及其衍生物的吸湿性、成膜性及对微生物的抑制作用,已用于水果、蔬菜及鲜花等的保鲜研究。
美国用几丁聚糖喷洒水果,保鲜期达9个月;加拿大用几丁聚糖涂抹梨、桃、苹果、番茄等,可减少氧气进入,阻碍二氧化碳逸出;日本铃木隆司等以几丁质和几丁聚糖为主制成保鲜剂,处理水果及蔬菜,保存期比对照延长2-3倍,且外观光亮、鲜艳、保持味道不变。
我国学者用不同浓度的几丁聚糖溶液对苹果、草莓等进行涂膜试验,均取得了较好的保鲜效果。
(二)土壤改良剂
几丁质及其衍生物含有丰富的C、N,被微生物分解可作为植物养分,改变土壤微生物区系,促进有益微生物生长,对一些植物病原微生物有抑制作用。
在土壤中加入龙虾壳或几丁质,可以减轻大豆根腐病,胡萝卜、莴苣、甜菜等幼苗猝倒病和线虫病。
(四)作为生长调节剂

几丁聚糖处理粮谷、蔬菜及其他经济作物种子,作为新型的植物生长调节剂,可激发种子提早萌芽,促进生长,提高产量。
在水稻、小麦、玉米、大豆等多种作物上的试验均表明,几丁聚糖能提高种子发芽率和发芽势,增加幼苗干物重、株高和叶绿素含量,促进作物生长,提高产量。
(五)用作抗性诱导剂
用一定浓度的几丁聚糖处理种子或植株,可提高作物对多种病害的抗性。
如提高水稻对胡麻斑病、花生对叶斑病和埃及豆对萎蔫病的抗性,延缓芹菜苗尖胞镰刀菌萎蔫症状,诱导番茄苗对根腐病的系统抗性,控制黄瓜水培液中腐霉菌猝倒病等。
其作用机理是,病原菌入侵时,植物本身的辨认系统识别病菌细胞壁上的几丁质,使被侵植株中原本低量的几丁质酶活性大大提高,分解入侵病菌细胞壁上的几丁质,植株内产生的几丁质寡糖活化植物细胞膜上的蛋白质激发酶,使细胞内的酶产生磷酸化反应提高酶活,启动周围的防御系统并产生干扰素、酚类复合物等抗病物质,对病原菌产生抑制作用,同时促进植物木质化,将病原菌隔离。
(六)作为广谱杀菌剂
几丁质或几丁聚糖的杀菌作用源于医学研究,受其启发,科学家将其应用于农业上防治多种作物的病虫害。
利用几丁质及其衍生物防治小麦、大麦、玉米、大豆、水稻、蔬菜、果品等病虫害,取得了显著效果,如对棉花炭疽病菌、小麦赤霉病菌、水稻白叶枯病菌、马铃薯环腐病菌、棉花角斑病菌等的生长繁殖及真菌孢子萌发均有明显抑制作用,降低小麦纹枯病、大豆根腐病、玉米黑穗病等的发病率。
四、几丁聚糖复配制剂应用
(一)几丁聚糖·氯吡脲(微乳剂)
有效成分:几丁聚糖4.45%、氯吡脲0.05%,总含量4.5%。
应用场景:专门用于葡萄生长调节,在葡萄谢花后10天对果穗进行1次喷雾,可促进果实生长。
使用技术:需即配即用,若施药后6小时内遇雨需补施,整个生长期最多使用1次。
(二)咪鲜·几丁糖(水乳剂)
有效成分:几丁聚糖1%、咪鲜胺45%,总含量46%。
应用场景:
柑橘采收后,选取无伤果实浸入配置好的药液中1-2分钟,捞出晾干贮藏,可防治相关病害。
使用技术:柑橘处理后距上市需间隔14天,每季最多施药1次。
(三)几糖·戊唑醇(悬浮剂)
有效成分:几丁聚糖2%、戊唑醇43%,总含量45%。
应用场景:针对苹果树斑点落叶病的防治。
使用技术:在作物发病初期,尤其是苹果套袋前病菌侵染的关键时期,均匀喷施果面和叶面3-4次。
需注意大风天或预计1小时内降雨时请勿施药,在苹果上使用的安全间隔期为21天,每季最多使用3次。
(四)几糖·嘧菌酯(悬浮剂)
有效成分:几丁聚糖1%、嘧菌酯15%,总含量16%。
应用场景:用于防治黄瓜霜霉病。
使用技术:在病害发生前或初见零星病斑时进行叶面喷雾1-2次,根据天气变化和病情发展,间隔7-10天。
每亩喷药液量45-75升,叶面需均匀喷雾。每季作物最多使用3次,安全间隔期为1天,为延缓抗性产生,建议与其他作用机理的药剂轮换使用。
(五)几丁聚糖·氯化胆碱(可溶液剂)
有效成分:几丁聚糖3%、氯化胆碱20%,总含量23%。
应用场景:用于马铃薯生长调节,可促进块根块茎膨大,提高产量。
使用技术:在马铃薯块茎形成初期第一次施药,之后间隔15天喷施一次,连续施药3次,兑水量为30—45公斤/亩,需注意喷雾均匀,大风天或者预计4小时内下雨请勿施药。
(六)几糖·噻唑膦(颗粒剂)
有效成分:几丁聚糖2.5%、噻唑膦12.5%,总含量15%。
应用场景:作为触杀性和内吸传导型杀线虫剂,用于防治黄瓜根结线虫。
使用技术:在定植前使用,将药剂均匀撒于土壤表面,再用旋耕机或手工工具将药剂和土壤充分混合,混合深度需15-20厘米,施药后当天进行移栽。