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从甲壳类动物中提取的多糖物质——甲壳素

2024-04-15

一、什么是甲壳素?

甲壳(qiao,四声)质又称甲壳素、几丁质,英文名Chitin,是一种从海洋甲壳类动物的壳中提取出来的多糖物质,化学式为(C8H13O5N)n。

主要来源于动物,在自然界中存在于虾、蟹等甲壳动物的外壳和昆虫的表皮以及蘑菇等菌类的细胞壁中。

 

甲壳素应用范围很广泛,在工业上可做布料、衣物、染料、纸张和水处理等。在农业上可做杀虫剂、植物抗病毒剂;渔业上做养鱼饲料;化妆品美容剂、毛发保护、保湿剂等;医疗用品上可做隐形眼镜、人工皮肤、缝合线、人工透析膜和人工血管等。

二、甲壳素的衍生物

壳聚糖,甲壳素经过脱乙酰基的处理,即成脱乙酰甲壳素,具有可溶性,但可溶程度取决于脱乙酰基的程度。

 

壳寡糖,又叫壳聚寡糖(寡聚糖)、低聚壳聚糖,是壳聚糖经特殊的生物酶技术降解得到的,聚合度2~20,分子量≤3000Da,具有水溶性好、功能作用大、生物活性高、容易被生物体吸收利用等诸多独特的功能,其作用为壳聚糖的10倍。

寡聚酸,又称壳寡酸、负离子氨基寡糖素,是将甲壳素通过一系列生化反应得到的,分子量≤3000Da,带负电荷,水溶性好,生物活性更高,更容易被生物体吸收利用,保留了乙酰基,其作用是壳寡糖的数倍。

 

寡聚酸碘,是寡聚酸与碘络合而成的寡糖制品,具有强大的杀菌功能,能有效杀灭细菌、真菌、病毒和病原菌。

三、甲壳素的来源

(1)节肢动物主要是甲壳纲,如虾、蟹等,含甲壳素高达58%~85%;其次是昆虫纲(如蝗、蝶、蚊、蝇、蚕等蛹壳等含甲壳素20%~60%)、多足纲(如马陆、蜈蚣等)、蛛形纲(如蜘蛛、蝎、蜱、螨等,甲壳素含量达4%~22%)。

 

(2)软体动物主要包括双神经纲(如石鳖)、腹足纲(如鲍、蜗牛)、掘足纲(如角贝)、瓣鳃纲(如牡砺)、头足纲(如乌贼、鹦鹉螺)等,甲壳素含量达3%~26%。

(3)环节动物包括原环虫纲(如角窝虫)、毛足纲(如沙蚕、蚯蚓)和蛭纲(如蚂蝗)三纲,有的含甲壳素极少,而有的则高达20%~38%。

 

(4)原生动物简称原虫,是单细胞动物,包括鞭毛虫纲(如锥体虫)、肉足虫纲(如变形虫)、孢子虫纲(如疟原虫)、纤毛虫纲(如草履虫)等,含甲壳素较少。

(5)腔肠动物包括水螅虫纲(中水螅、简螅等)、钵水母纲(如海月水母、海蛰、霞水母等)和珊瑚虫纲等,一般含甲壳素很少,但有的也能达3%~30%。

(6)海藻主要是绿藻,含少量甲壳素。

 

(7)真菌包括子囊菌、担子菌、藻菌等,含甲壳素从微量到45%不等,只有少数真菌如Olm ycetes和Triohamycetes不含甲壳素。

(8)其他动物的关节、蹄、足的坚硬部分,以及动物肌肉与骨接合处均有甲壳素存在。

除此之外,在植物中也发现低聚的甲壳素或壳聚糖,一种情况是植物细胞壁受到病原体侵袭时,一些细胞壁中的多糖降解为有生物活性的寡糖,其中就有甲壳六糖,典型的例子是树干受伤后,在其伤口愈合处发现了甲壳六糖;另一种情况是根瘤菌产生的脂寡糖,也是甲壳四糖、甲壳五糖和甲壳六糖。

四、甲壳素在农业上的应用

甲壳素采用不同工艺制成甲壳素的衍生物,可用于制备家禽饲料、生物肥料、生物农药、植物生长调节剂、土壤改良剂、农用保鲜防腐剂、农业透气地膜、植物杀菌剂、种子包衣剂、除虫剂、稀土及微量元素螯合剂等。

1、增加土壤养分,改善土壤微生物相

甲壳素是良好的碳源和氮源,能快速补充土壤中有机营养源,同时可以改善土壤的微生物相,在土壤中分解后能够促进放射线菌的繁殖,对有害丝状菌产生自然拮抗作用,改善土壤的微生物生态,改善土壤菌丛混乱。

 

可加速土壤中有机质(有机肥、秸秆等)的矿化分解速度,分解成氮、磷、钾、微量元素及形成黄腐酸、褐腐酸等有机物质,为植物生长提供充足营养;自生固氮细菌可固定空气中的氮素,提高土壤中的氮素水平,减少氮肥的使用量。

2、刺激种子萌芽

甲壳素包覆处理的种子较没有包覆的种子有更好的发芽率。通过大量的试验田发现,在真菌侵害非常严重的地区,用甲壳素处理过的种子,发芽率大约可以提升20%左右。

3、具有极强的生根能力及根部保护能力

甲壳素和普通生根肥料最大的不同点在于甲壳素可以促进根系的下扎,有效抵御地温下对根系的伤害,即使在地温环境下,仍能正常给作物供应营养。

如在黄瓜中使用甲壳素后,3天在畦面即可见大量的白根生成,7天后明显可见植株生长比较旺盛。

4、提高作物的免疫力和防治病虫害(1)防治细菌

甲壳素能够刺激植物启动作物本身的防卫机制,避免病菌危害、促进作物健康。

甲壳素能够刺激植物产生自由酚化合物酵素及甲壳素脢,瓦解真菌的细胞壁,使其消失,植物不受到有害丝状菌的危害,细胞便可活化,促进作物的生长发育。

 

含甲壳素的的溶液因带有正电荷,会与作物细胞表面的负电荷紧密结合,促使杀菌剂及其它小分子营养液成分连接于植物上延长其效果,并刺激叶孔细胞收缩,减低菌丝侵入的机会。

甲壳素容易吸附于病菌表面抑制其繁殖,或与病菌表面鞭毛及套膜吸附凝集,阻止病菌繁殖。

(2)防治虫害

给叶面喷施甲壳素后,甲壳素溶液相当于蜡的效果,会将害虫的脚或翅膀固定不动,直到害虫窒息死亡为止;另外甲壳素分泌的酵素,可以溶解昆虫坚硬的表皮及线虫虫卵硬壳。使得霉菌、蚜虫、蜘蛛等害虫都无法寄居于作物上。

5、天然的有机缓释肥料

甲壳素可以固氮、解磷、解钾,从而提高肥料的利用率。甲壳素也能够刺激植物对肥料的吸收能力,既可以作为土壤改良的液肥;叶面喷施则是优良的叶面肥,带正电高分子聚合物可以缓释其它施用肥料的肥效,增加作物的收成。

 

甲壳素分子结构中含有氨基,与微量元素铜、铁、锰、锌等能产生螯合作用,使肥料中的微量元素有效态养分增加,同时使被土壤固定的微量元素养分释放出来,供作物吸收利用,从而提高了肥效。

6、提高作物的品质

我们都知道光合作用的强弱是作物品质的关键,果实中光合作用的产物多了,果实的营养就比较全面。甲壳素可以九种作物的不良生长状态,使得作物处在适宜生长的状态,这就极大的提高了作物的光合作用,光合作用提高了,那么果实内的光合产物自然就会增多,从而品质也会增加。

7、诱导内源激素的整体调节

喷施甲壳素于植物叶面上具有透气、保水之功效;喷施于叶面或施入土壤可促进根系细胞的分生,使根系发达,增强植物抗旱抗倒伏能力,茎节缩短粗壮,叶片浓绿润泽,显著提高光合作用,促进光合产物的定向运输。

8、防治连作障碍的发生

甲壳素在土壤中会产生凝集作用,对粘性土质能改善其土壤团里作用,从而促进土壤的通气性、保水性及排水性,对作物的根部伸长,毛细根发育有良好效果,让土壤活化、改善连作所带来的问题。

五、甲壳素肥料的选购

因为甲壳素肥料属于新型肥料,这就对农民朋友的选用增加了一定的难度,那么如何选购甲壳素肥料呢?

一看执行标准:2002年,农业部就将甲壳素肥料批准为有机可溶性肥料,所以合格的甲壳素肥料一定有肥料登记证号和执行标准;

 

二看看品牌服务:由于甲壳素是新型肥料,对于一些小企业,无法达到合格生产的能力和对产品质量的保证,所以在选择上尤其要区别于传统肥料,选择大公司所生产的,这样才会有服务和售后保障;

三看看含量:甲壳素肥料在肥料在包装上是以甲壳胺或者壳聚糖的含量来标示,所以含量的高低直接君顶产品的好坏;

 

四看使用效果:甲壳素肥料属于缓效性肥料,这也是为什么推广进展缓慢的原因。

对于甲壳素效果在肥料界中流传着这样的一句话:“一遍起效,两遍显效,三遍奇效”,意思是说,使用一遍,作物就能够吸收甲壳素,但是通过肉眼很难判断;使用两遍后,效果就显现出来,包括根系的增多、叶片的色泽、植株的长势等等都和未使用的有明显的差别;

使用三遍以后,无论是作物的生长发育还是果实的产量品质都会收到神奇的效果。

六、甲壳素的施用方法

在使用上,甲壳素肥料目前最常见的有冲施和喷施两种方法:

冲施:将甲壳素600~800倍液冲施作物的根部,能够起到生根壮苗的作用,促进作物根系的生长发育,增强根系的活力和发根能力。

 

喷施:以300~500倍液溶液在作物开花前、结果期喷施,能够促进作物植株的生长,极大提高作物的坐果和结果。

间隔7~10天,连喷3次会收到意想不到的效果。当然,也有很多企业将甲壳素作为一种添加剂添加在农资产品里,提高产品的附加值。

 

 


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