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1398-61-4 / 關于甲殼素最全問答

前言

甲殼素及其衍生產品,近幾年在農業及其他各生產生活領域中被大量推廣應用。但對于甲殼素及其產品的有關知識人們了解的極少。為了幫助人們尤其是農業技術人員更好地使用甲殼素產品,多年來一直從事甲殼素研究的專家李向群先生,撰寫了有關甲殼素知識的系列問答,供讀者參考。

問:甲殼素是什么物質,它在自然界以什么狀態存在?

答:說起甲殼素,首先就要談談糖類物質,糖類物質是除蛋白質和核酸外的又一類非常重要的生命物質,糖類化學在生命科學、藥物研究中占有很重要的地位和廣泛的用途,我們接觸比較多的有單糖葡萄糖和二糖果糖、蔗糖等。而甲殼素也是一種多糖,是目前自然界中唯一帶正電荷的天然高分子聚合物,屬于直鏈氨基多糖,也可以稱做氨基葡萄糖,功能神奇。甲殼素是自然界中唯一含氨基的均態多糖,學名為【(1,4)-2-乙酰氨基-2-脫氧-β-D-葡萄糖】,分子式為(C8H13NO5)n。甲殼素分子化學結構與植物中廣泛存在的纖維素非常相似,所不同的是,若把組成纖維素的單個分子——葡萄糖分子第二個碳原子上的羥基(OH)換成乙酰氨基(NHCOH3)或者氨基(NH2),這樣纖維素就變成了甲殼素,從這個意義上講,甲殼素可以說是動物性纖維。甲殼素現在也是一種通稱,包括各種類似結構的物質,作為一種多糖類物質甲殼素具有較高的生物相容性和安全性。

甲殼素在自然界中廣泛存在于高等真菌類、節支動物蝦、蟹、昆蟲的外殼等生物體中。由于大分子間強的氫鍵作用,導致自然界存在的甲殼素結晶構造堅固,一般不熔化,也不溶于水、酸堿和一般的有機溶劑,化學性質非常穩定,應用有限,只有經過加工后的甲殼素才能廣泛應用。

甲殼素作為天然多糖,在地球上的蘊藏量非常大,自然界年合成量10億噸以上,甲殼素是自然界中僅次于纖維素的第二大生物資源,有動物纖維素之稱。

問:甲殼素的主要用途及應用前景如何?

答:農業:生物肥料、生物農藥、植物生長調節劑、土壤改良劑、農用保鮮防腐劑、飼料添加劑等。

醫用生物材料:人造皮膚、醫用粘合劑、繃帶、醫用脫脂棉、縫合線等。

化妝品:洗發劑、洗滌劑、護膚品等。

醫藥原料:抗癌劑、膽固醇降低劑、驅蟲劑、免疫功能復合劑、抗凝劑等。

工業領域:造紙、繪畫、照相材料、廢水處理劑、食品添加劑、防腐劑等。

食品:保健飲料、機能性食品(保健食品)。

隨著人們對甲殼素的關注,甲殼素的許多新功能正在不斷被人們發現、開發和利用。甲殼素從被人遺棄的廢物到被廣泛開發利用成為受人追捧的第二大再生資源,由于物理學粉碎混合復配、輻射降解、化學降解接枝改性、生物學酶法處理等技術的應用,使甲殼素的開發應用擴展到各行各業,包羅萬象,21世紀將是甲殼素的大研究、大開發、大應用時代,甲殼素的研究開發將是21世紀高新科技爭奪的制高點之一,甲殼素產業將是21世紀最有希望的新興產業,它的開發應用,將引發相關產業革命。人類社會離不開甲殼素,甲殼素是我們全人類共同的寶貴財富。

問:為什么甲殼素具有這么多的功能,涉足這么多不同的使用領域?

答:僅從來源來說,甲殼素有從海洋生物(如蝦蟹)中提取的、有從昆蟲(如蛆殼、蠶蛹殼)中提取的、有從真菌(如蘑菇、靈芝)中提取的,這些甲殼素本身就具有不同的分子量和結構。單從海洋中提取的,就有蝦蟹之分,而這些蝦蟹的不同海域也導致了甲殼素的不同,即使在同一海域不同季節不同水溫下形成的甲殼素也有不同,而在同一只螃蟹和蝦身上不同部位的甲殼素成分也不同。在具有了這么多不同之后科學工作者又把甲殼素制成了不同分子量段,并對甲殼素進行接枝改性,使它賦予更多的功能。

不同分子量段的甲殼素具有不同性質,也具有不同的用途。

從接枝改性來說,甲殼素與不同的化學物質在不同的鍵上進行接枝改性,可以改變甲殼素的性質,也擴展了甲殼素的用途。

問:甲殼素的以下幾個概念有何不同?

答:目前我們使用的甲殼素多數是從蝦蟹殼中提取的,下面的內容主要以蝦蟹殼中甲殼素提取為例說明。

甲殼質是蝦蟹殼經過脫鈣、脫蛋白之后,還沒有脫乙酰時的產物。這時它的化學性質還很不活潑,不溶于水、堿、一般的酸和有機溶劑,只溶于部分濃酸。甲殼質大部分是乙酰氨基葡萄糖組成的聚糖。

甲殼胺、殼聚糖、蝦蟹殼經過脫鈣、脫蛋白、脫乙酰之后的產物,也就是甲殼質脫乙酰后的產物,大部分是氨基葡萄糖的分子,也有少量乙酰氨基葡萄糖的分子。由于其分子結構中游離氨基的存在,溶解性大大改善,并具有很多獨特的理化性質和生物活性,可以溶于稀酸,比甲殼質進了一步。但是甲殼質和殼聚糖都是大分子,分子量在幾十萬到幾百萬,都不能直接溶于水。

可溶性甲殼素:國內研究的甲殼素多是指殼聚糖,對殼聚糖來說除了低聚糖外,分子量大的殼聚糖都是酸溶的,而不是水溶的,國外稱之為“可溶性甲殼素”。“可溶性甲殼素”在應用上有許多局限。

水溶性甲殼素通過先進的技術生產的完全溶于水的甲殼素,國際上稱為“水溶性甲殼素”,這種甲殼素易于在以水為介質的狀態下被動植物吸收和利用。

分子量段:分子量在某一個范圍內。在甲殼素領域中,不可缺少的一個詞,不同分子量段的甲殼素具有不同的功能:

殼寡糖,分子量200—2000、糖分子數1—10

甲殼低聚糖,分子量2000—6000糖分子數10—30

甲殼多糖,分子量6000—100000糖分子數30—500

復合甲殼素,根據不同功效的要求,將不同分子量段的甲殼素復合制備成由不同分子量段組成的、分子量分布較寬的復合甲殼素,這種甲殼素功能更突出、效果更明顯、作用更顯著。

問:甲殼素在農業上的研究進展如何?

甲殼素有廣譜抗菌性。研究表明,甲殼素對革蘭氏陰性菌和革蘭氏陽性菌的多數菌屬都有很好的抑殺作用。甲殼素誘導作物產生多種抗性物質,對由病毒、真菌、細菌等引起的病害的防治都有效。尤其重要的是,對病毒病的防治過去往往是植保的難題,而用甲殼素農藥防治效果卻十分理想。甲殼素農藥在作物發病前使用能獲得最佳效果。應用甲殼素對作物炭疽、疫病、枯黃萎、根腐等病害均可預防并直接控制。當植物遭遇其他多種病害病情嚴重時,可與外抑農藥(減量)配伍,內抗外抑,協同作用,多數情況也都能取得滿意的效果。

研究發現,在棉花上施用可以減少土壤中的病菌的數量,并且具有持續效果。用甲殼素處理小麥種子可抑制小麥紋枯病發生,在多種植物(豆類、煙草等)葉片上噴灑或注射殼聚糖可保護植株不受病毒的侵染。賴凡等觀察到不同濃度的殼聚糖對小麥赤霉病菌、稻紋枯病菌、灰霉病菌、甘薯軟腐病菌等種植物病原真菌的生長有一定的抑制作用,并且殼聚糖還可以抑制灰霉病菌和甘薯軟腐病菌孢子的萌發。以甲殼素為主要成分的混合粉在水稻播前處理,可使水稻對毒素的抗性提高30~40倍,產量增加13~23%。蕃茄苗浸種或噴霧殼聚糖或在生長基質中加入殼聚糖可誘導蕃茄對根腐病的抗性。黃瓜水溶液中加入殼聚糖可控制由腐霉菌引起的猝倒病。李寶英等用甲殼素拌種,可降低水稻根腐病的發病率和病情指數,防效達89%,同時可促進大豆根系生長,單株莢果數、粒數、粒重增加。芹菜苗浸根處理可顯著延緩尖孢鐮刀菌引起的萎蔫癥狀。

經常使用甲殼素的作物還較少發生蟲害。在昆蟲剛孵化成幼蟲時用甲殼素農藥效果最好。甲殼素對各種蚜蟲均有明顯的觸殺作用,蚜蟲觸藥后4~12小時即死亡。美國馬里蘭MG0N0公司正在利用甲殼素生產的一種新型用于殺滅線蟲的有機農藥,可起到殺蟲的作用,該農藥無殘留,對天敵的影響較小,能有效地保護環境和維持生態平衡。北京市土肥工作站在保護地施用甲殼素、石灰氮等具有藥用功能的肥料,很大程度減少了化學農藥的用量,對線蟲病害具有較好的防治效果,同時可以改善根際微生態區系組成。連續施用藥肥防治線蟲病害,第一年可以減輕發病率40%,產量增加45%,品質明顯改善;第二年可減輕發病率60%,產量增加32%,微生物區系明顯改善。

甲殼素可作為藥物緩釋劑,延長藥物作用時間和減少用藥量;還可在植物表面形成一層半透膜,阻止有害生物的入侵。因此,甲殼素及其衍生物可作糧食、蔬菜作物等種子的處理劑,激發種子提前發芽,促進作物生長,提高抗病能力,從而提高作物產量。甲殼素作為種子處理劑用量少、成本低廉、無毒副作用。利用甲殼素的抗菌能力和改善土壤的作用,可將甲殼素及其衍生物和其他一些物質共同用做土壤改良劑。

甲殼素進入土壤后可以大大促使有益細菌如固氮菌、纖維分解菌、乳酸菌、放線菌的增生,抑制有害細菌如霉菌、絲狀菌的生長。它可使放線菌的數量增加近30倍,甲殼素可生物降解轉化成優質的有機肥料,供作物吸收利用,同時可有效的改善土壤團粒結構,有效改良土壤,改善作物的生存環境,是一種多功能的土壤改良劑。

甲殼素在植株表面形成薄膜,對病菌的侵害起阻隔作用,而且這層膜有良好的保濕作用和選擇性透氣作用。這些特性決定了甲殼素可以成為果蔬保鮮劑的最好原料。目前應用最多的是水果、蔬菜的保鮮。對獼猴桃、蘋果、青椒、梨、番茄、黃瓜、柑橘、芒果,草莓等的研究發現,利用這一方法可以一定程度上延緩果實衰老,減少腐爛,延長貯藏時期。雖然甲殼素的保鮮效果不如氣調、冷藏等傳統的貯藏方法,但是它應用方便,價格低廉,無毒無害,作為一種輔助的貯藏方法是大有應用空間的。

施用甲殼素還可提高作物的抗寒冷、抗高溫、抗旱澇、抗鹽堿、抗肥害、氣害、抗營養失衡等抗逆性。譬如甲殼素誘導作物產生的多種抗性物質中,有些具有預防、減輕或修復逆境對植物細胞的傷害的作用;能促使作物生長健壯,健壯的植株自然也有較強的抗逆能力。

甲殼素對作物的增產作用也是十分突出的,這是因為甲殼素可以激活、增強植株的生理生化機制,促使根系發達、莖葉粗壯,使植株吸收和利用水肥的能力以及光合作用等都得到增強。用甲殼素處理糧食種子可增產5%~15%;用于果蔬噴灌等可增產20%~40%或更多。其可改善作物品質,如增加糧食蛋白質和面筋的含量以及果蔬中糖的含量。由此可見,甲殼素及其衍生物在農業上可以用做生長調節劑、飼料添加劑、種子處理劑、農產品保鮮劑、農藥載體、緩釋劑、抗性誘導劑和食品添加劑等諸多方面,并且因其無毒、無害、無污染可安全降解等特點而具有廣闊的應用前景。

問:目前已報道甲殼素可誘導防治的的主要農業病害有哪些?

甲殼素對細胞壁為甲殼質的真菌病害有誘導抗病作用,對細胞壁為纖維素的真菌病害沒有誘導抗病作用。目前已報道甲殼素可誘導防治的農業主要病害有:

小麥,赤霉病、白粉病、銹病;

大麥,紋枯病、黑粉病;

水稻,稻瘟病、惡苗病、立枯病;

大豆,菌核病、葉斑病;

油菜,菌核病、炭疽病;

煙草,枯萎病、炭疽病、菌核病、蛙眼病;

棉花,立枯病、炭疽病、枯萎病、根腐病;

花生,炭疽病、白絹病;

蕓豆(菜豆),褐斑病、白粉病、炭疽病、銹病;

西瓜,鐮刀菌根腐病、絲核菌立枯病、葉枯病、白粉病、菌核病;

黃瓜,霜霉病、白粉病、枯萎病、紅粉病、葉點霉葉斑病;

蕃茄,褐色根腐病、黑點根腐病、酸腐病、紅粉病、斑點病、煤污病、白粉病、青霉果腐病、黑刺盤孢炭疽病;

茄子,褐斑病、果腐病、黃萎病、赤星病、斑枯病、褐輪紋病、煤斑病、黑點根腐病等;甜椒、辣椒,苗期灰霉病、根腐病、黃萎病、白絹病等。

問:甲殼素在種植業中使用的主要作用機理是什么?

答:(一)對土壤生態環境的改善作用。

(1)培養基作用。

甲殼素是土壤有益微生物的營養源和保健品,是土壤有益微生物的良好培養基,對土壤微生物區系有良好的識別作用。經試驗測定,灌根1次,15天后測定。有益菌:纖維分解細菌、自生固氮細菌、乳酸細菌增加10倍;放線菌增加30倍;有害菌:常見霉菌是對照的1/10,其它絲狀真菌是對照的1/15。

(2)有益微生物的綜合作用。

放線菌分泌出抗生素類物質可抑制有害菌(腐霉菌、絲核菌、尖鐮孢菌、疫霉菌等)的生長。纖維素分解菌可加速土壤中有機質(有機肥、秸稈等)的礦化分解速度,分解成氮、磷、鉀、微量元素及形成黃腐酸、褐腐酸等有機物質,為植物生長提供充足營養;自生固氮細菌可固定空氣中的氮素,提高土壤中的氮素水平,減少氮肥的使用量。

(3)改良土壤。

微生物的大量繁殖可促進土壤團粒結構的形成,改善土壤的理化性質,增強透氣性和保水保肥能力,從而為根系提供良好的土壤微生態環境,使土壤中的多種養分處于有效活化狀態,可提高養分利用率,減少化學肥料用量。

(4)螯合微量元素。

甲殼素分子結構中含有-NH2(氨基),與微量元素鐵、銅、錳、鋅、鉬等能產生螯合作用,使肥料中的微量元素有效態養分增加,同時使被土壤固定的微量元素養分釋放出來,供作物吸收利用,從而提高了肥效。

(二)對植物本身的整體調節和對細胞的活化作用。

(1)誘導抗病抗逆性。

甲殼素誘導植物的結構抗病性,如使植物的細胞壁加厚或木質化程度增強;可迅速活化細胞,短時間內誘導植物產生自身多種抗性物質,例如苯丙氨酸解氨酶(PAL)、超氧物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(PO)、多酚氧化酶(PPO),植保素等,病程相關蛋白如幾丁質酶和β-1,3-葡聚糖酶等;誘導植物一系列防御反應,提高植物的抗病能力和抵御不良環境條件的能力。

(2)對細胞的活化作用,誘導內源激素的整體調節。

噴施于植物葉面上具有透氣、保水之功效;噴施于葉面或施入土壤可促進根系細胞的分生,使根系發達,增強植物抗旱抗倒伏能力,莖節縮短粗壯,葉片濃綠潤澤,顯著提高光合作用,促進光合產物的定向運輸。

1991年,美國、歐洲的醫學界和營養食品研究機構將甲殼素稱為繼蛋白質、脂肪、碳水化合物、維生素、礦物質之后的人體必須的第六大生命要素。有學者提出甲殼素是植物生長發育的必需物質,給植物適當補充甲殼素,可提高植物對其它養分的吸收利用,從而提高產量,改善品質。

問:甲殼素肥料的主要功效是什么?

甲殼素肥料是以甲殼素為主要原料生產的肥料。1996年3月至2002年5月山東濟南的一家甲殼素企業的生物專家和農業專家在系統研究了甲殼素與作物生長、發育的關系后發現,甲殼素既有肥料、農藥、生長素的作用,又有改良土壤、改善品質、促進生根的作用;既有提高產量、提高農產品等級的作用,也有增強作物抗逆性、減少農藥使用量的作用。2002年5月,中華人民共和國農業部土壤肥料專家在認真聽取了該企業的技術報告后認為,甲殼素作為肥料使用,適合我國農業現狀,符合我國有關肥料的規定。報經中華人民共和國農業部批準,將甲殼素作為商品肥料在全國推廣使用。從此中國農業史上又掀開了減少化肥、農藥使用量,實現農業高產、優質、高效、無污染的新篇章。目前,國內許多農業出口基地、農業集團已將甲殼素肥料用于生產綠色食品、無公害食品、有機食品、出口食品的必備原料。

當前,甲殼素肥料的主要功效表現在以下幾方面:

1、改良土壤,培肥地力,提高土壤中養分利用率,減少化學肥料用量。

2、良好的生根保根效果,解除根系生長不良,有效解決重茬問題。

3、顯著的誘導植物抗病抗逆性,以生物防治取代化學防治,減少化學農藥用量。

4、降低根部病害的發生率,防治根結線蟲。

5、強化光合作用,提高品質,優極品率提高顯著。

6、雙向調控,增產效果顯著,長期使用產量較常規施肥提高。

問:甲殼素肥料與傳統意義上的肥料產品相比有何特點?

答:目前,在農業生產資料市場上的肥料品種較多,除農民朋友大量使用和熟知的氮、磷、鉀、鈣、鎂、硫及微量元素肥料外,2002年5月,中華人民共和國農業部已將甲殼素批準為商品肥料(有機可溶性肥料,2010年甲殼素、海藻酸等肥料均稱為有機水溶肥料)。這不僅標志著我國肥料市場的繁榮和甲殼素肥料農業應用的開始,同時,也標志著甲殼素在農用技術、毒理衛生學、土壤學、植物生理學、農用分析和農用產品生產等方面都取得了突破性的進展。以甲殼素水劑和粉劑為例,針對我國糧食、油料、水果、蔬菜、花生、花卉等100多種作物,都有增產效果,其幅度為10~30%,同時,還能達到無公害農產品的標準。當前設施果品、設施蔬菜基地、無公害農產品基地及出口基地使用甲殼素肥料的經濟效益為投資1元,收益10~20元。

國內外學者對甲殼素農用作用的理論有兩種見解,一種認為甲殼素是繼作物需要的主要養分(氮、磷、鉀)、次要養分(鈣、鎂、硫)、微量養分(硼、錳、銅、鋅、鉬、鐵、氯)之后發現的作物必需的超微量養分即作物必需的第四大類營養素,另一種認為屬于“植物疫苗”。但一致的看法是:甲殼素具有一定的生理活性,在一定的條件下,它是一組既對作物生長發育起促進作用,又能防病、抗病,對作物起保護作用和品質改良作用的有益物質。

在目前市場上眾多的肥料產品中,甲殼素肥料不論從作用機理還是從應用效果上都具有鮮明的特色。甲殼素給植物提供的不是單質元素,也不是活性菌,而是一種生物多糖,與傳統意義上的肥料相比,藥肥雙效,具有營養、防病、調節等多種作用。作為新一代的肥料產品,甲殼素肥料可謂多種功能融為一體,各種優點集于一身,特別適合生產無公害、綠色、有機農產品,對于提升國內農產品的市場競爭力,改善農業生態環境,具有重要的意義和廣闊的應用前景。

問:應怎樣判斷甲殼素肥料的使用效果?

答:作為甲殼素肥料,我們認為,用戶朋友應當關注三種效果,即眼前效果、短期效果和長期效果。

什么是眼前效果呢?前幾年,農民朋友普遍有一種心態,害怕上當受騙,要求殺蟲劑打上蟲子最好馬上就死,殺菌劑噴上病害立刻就好,肥料用上一天兩天就要能看出效果來。心情可以理解,但要求不實際。這幾年通過宣傳引導和實際應用,人們逐漸明白了,見效快的不一定就是好,見效慢的并不一定不好。作為生物防治的殺蟲和殺菌藥劑雖然效果較慢,但是治療比較徹底,而且長期用不易產生抗性,殘留低,還可以保護環境。人生病了還需要有個療程,有個治愈、恢復的過程,何況植物呢?現在人們都知道了,見效快的肥料里肯定是加了激素了,當然不是說加了激素就一定不好,短期效果可能好,產量高、效益好,但是長期來說,可能造成植株過早衰老,品質下降,畸型果多,售價低,從另外一個方面降低了效益。

作為甲殼素肥料,本身無毒無害,因為沒有激素成分,所以效果比較緩慢。這也是甲殼素產品推廣難度比較大的一個原因。那么現在講的甲殼素產品的應用的眼前效果是什么呢?

我們總結了三句話:一遍起效,兩遍顯效,三遍奇效。使用一遍,作物開始吸收甲殼素,甲殼素對作物有個整體調整作用,開始起作用,但是肉眼從表面很難看出,除非仔細觀察。使用兩遍,效果就開始比較顯著了,從根系毛細根的發生數量,葉片的色澤、大小、厚度,莖稈的粗度和長度,植株的整體長勢等等。但是當使用三遍之后,就會有非常神奇的效果,在這期間可以觀察到病害的減少、開花座果質量的提高、莖稈的縮短粗壯、根系的發達等等。特別對于原先長勢差的,更會發生更讓人意想不到的效果。這就是眼前效果。每種作物不同,使用三遍,看到效果,可能需要15~30天的時間。這也是我們在作推廣時,一個簡單對比示范試驗的周期。

作為甲殼素肥料使用的一個短期效果,指的是在作物的一個生育周期,直到最后收獲,可以從產量的提高、內在品質和外在的商品性的提升、農藥和肥料用量的減少,得出甲殼素肥料使用的短期效果:整體投入的減少和整體效益的增加。

而作為甲殼素肥料使用的長期效果,就不僅僅表現在經濟效益的大幅度增加,更重要的是巨大的生態效益。據我們調查,甲殼素肥料連續使用兩年以上,土壤的生態環境將得到極大的改善,土壤板結、酸化、鹽漬化的現象消失,有益微生物數量大幅度增加,根部和土傳病害顯著降低,土壤得到了修復,重新恢復了生機,作物生長健壯,農藥和化肥用量大幅度減少,作物品質大幅度提升,從而改善了自然環境,提升了人們的生活質量。

問:為什么經常使用甲殼素肥料的農作物病害少、對環境的適用能力強?

答:使用過甲殼素肥料的農民朋友都會有這樣一個體會,農作物用了甲殼素之后,病蟲害明顯少了,植株生長健壯,對不良環境的適用性明顯增強,抗寒、抗旱、抗澇、抗病蟲、抗藥害、抗肥害、抗低溫弱光等,甲殼素使用次數越多,使用時間越長,這種作用表現越突出。那么為什么會有這種現象呢,它的道理在哪里?要解釋這個現象,就不得不提出植保上的一個重要概念“誘導抗性”。

近代的科研成果表明,植物作為活的生命體,與高級動物一樣,對環境有相當強的適應力,當環境發生變化不利于其生長時,其自身會產生多種化學物質,從而起到保護自己,抵抗逆境(如鹽堿、熱、寒、旱、澇、風、雹、病蟲、藥害、肥害、低溫弱光、污染等)造成的影響。植物病理學研究表明,植物這種抗性是可以誘導的。細胞生物學研究表明,動、植物的信號傳遞系統相同,因此有人認為植物是“慢”的動物。同時,對于一個健康生長的植株而言,只要病菌不達到一定臨界量,并不會引起嚴重的疾病。簡單地講,甲殼素就是一種非常好的誘導抗性物質。

植物病害籠統地分為真菌、細菌、病毒和線蟲病害。真菌和線蟲的細胞壁均含有甲殼素(幾丁質)這種成分,當真菌和線蟲攻擊植物的時候,植物為抵御進攻,能夠分泌出一種甲殼素(幾丁質)酶來分解真菌和線蟲的細胞壁。如果提前和經常使用甲殼素肥料,植物會誤以為致病菌來了,這樣就可以誘導植物自身產生多種抗性物質(苯丙氨酸解氨酶(PAL)、超氧物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(PO)、多酚氧化酶(PPO),植保素等,病程相關蛋白如幾丁質酶和β-1,3-葡聚糖酶等),從而激活植物的抗病基因,使植物產生系統抗性,這些抗體可以長時間保持在較高水平。如果植物的抗病基因激活的早,植物已經做好了抵抗致病菌的準備,這樣當致病菌(真菌、細菌、病毒、線蟲等)再來侵染時,植物就不會得病。某些昆蟲,例如蚜蟲、白粉虱等的刺吸式口器含有幾丁質(甲殼素)成分,當其吸取植物汁液時,大量的幾丁質酶可以將其口器分解掉,所以使用過甲殼素肥料的作物蚜蟲和白粉虱等很少光顧,有很好的趨避作用。因此在國外,將甲殼素肥料形象地稱為“植物疫苗”,主要就是指甲殼素的誘導抗性作用,就像給植物打上了預防針,可以少生病、不生病。作為誘抗效果,作物生長前期要好于后期,連續要比間斷好,所以從這個道理上講甲殼素肥料要提早使用,連續使用,僅從防病這一點講,應當作為一種常規措施來使用。

另外,甲殼素有很好的促進傷口愈合的功能,利用甲殼素促進傷口愈合這個功能,現在的比較高級的瘡可貼里面都添加了甲殼素,在農業上嫁接、整枝、打杈、苗木移栽、定植等這些農事活動造成的傷口是病菌浸染的一個重要渠道,通過使用甲殼素可以加快傷口愈合,就減少了致病的機會,所以發病率就大大降低了,發病也輕了。

同時,幾丁質酶等抗性酶可活化植物細胞,啟動植物的免疫系統,極大增強植物對外界不良環境的抗御能力,所以可以抗寒、抗旱、抗澇、抗病蟲、抗藥害、抗肥害、抗低溫弱光等。

壽光是山東省的菜藍子,甲殼素肥料在這里做的試驗是比較多的,當地的農業專家和廣大農民朋友都比較認可,其中有一個試驗是山東省農業廳植保總站委托了壽光市植保站,在壽光的圣城一家農戶大棚里做的,種的是黃瓜,試驗課題是“一減雙保”。所謂一減就是減少農藥的用量,雙保就是保護生態環境,保證產量和品質。當地農民的病害預防意識很強,有病沒病,每周要打上一次藥,因為建大棚不容易,投入資金很多,萬一得了病蟲害,就減產,減少收入,所以有病沒病都得打,不打藥不放心。后來動員他做試驗,讓他減少殺菌劑用量,減少一半,每周打一次殺菌劑改為半月打一次,中間加一次葉面噴施甲殼素粉劑,結果最后測定殺菌劑用量減少了50%,產量卻增加25%,實際上試驗是非常成功,這對生產無公害、綠色、有機農產品意義是非常大的。

問:甲殼素肥料為什么灌根和沖施時這么少的用量卻有這么好的肥效,為什么對根部問題(根腐、姜瘟、莖基腐、重茬、肥害、漚根、燒根、爛根、不生根等)有突出效果?

答:作物生長的土壤,不單單是土壤顆粒構成的,土壤中更存在著巨量的微生物群體,這些微生物群體在作物的生長過程中起著至關重要的作用。根據微生物和作物的關系,人們將土壤中的微生物分為兩類,一類叫做有益菌,一類叫做有害菌。所謂有益菌是對作物生長有益的,能夠促進植株健康,增產和提升品質,所謂有害菌是危害植物的,引發植物病害,造成減產和品質惡化。科學家們提出一種微生物生存的“空間競爭理論”,也就是說某一個土壤空間中的食物是有限的,微生物要生存就必須通過食物獲取能量,有益菌數量增多,有害菌數量必然減少,同樣道理有害菌數量增加,有益菌數量必然減少。

作為土壤有益微生物的激發因子,甲殼素能夠在短時間內促使土壤有益微生物的大量繁殖,通過有益微生物(纖維分解細菌、自生固氮細菌、乳酸細菌;放線菌)的綜合作用,土壤中有機質的礦化(釋放出氮、磷、鉀、中微量元素等)和腐殖化(形成黃腐酸、褐腐酸等)的速度加快,為植物提供更多營養,加快了土壤團粒結構的形成,土壤的理化性質得到改善,透氣性和保水保肥能力增強,土壤中的養分處于有效活化狀態,土壤肥力提高。具體來講,纖維分解細菌的作用是將有機質(纖維素等)分解成小分子物質和礦物質,這樣有機質才能被吸收利用,自生固氮細菌可以將空氣中的氮變成作物可吸收利用的氮素營養,就像給土壤施入了氮肥。

據測定,使用一次甲殼素肥料,土壤中的纖維分解細菌、自生固氮細菌增加近10倍,放線菌數量增加30倍。放線菌作為土壤中一類最重要的有益菌群被人們所重視,現在生產中使用的抗生素(如鏈霉素、中生菌素、阿維菌素等)均是不同種類放線菌的代謝產物,因此放線菌對于土壤微生態環境和根部病害的防控具有極為重要的意義。放線菌分泌出大量的抗性酶(幾丁質酶等)來分解吸收甲殼素,從而使自身數量呈幾十倍地增加,通過占據大部分土壤空間和分泌抗生素類物質、抗性酶等的雙重作用抑制有害菌(如腐霉菌、疫霉菌、絲核菌、尖鐮孢菌、霉菌、鐮刀菌等)的生長繁殖,因此對由這些致病菌引起的根腐病、莖基腐病、疫病、猝倒病、立枯病、枯萎病、黃萎病等均有非常好的預防和抑制作用。

甲殼素可顯著促進根系細胞的分生,短時間內促使毛細根顯著增多,根系發達,通過對作物進行葉面噴施和灌根、沖施等處理可有效促使根系發達,同時為根系創造良好的土壤環境,具有很好的生根養根保根效果。

另外,像使用未腐熟的糞肥造成的燒根、因為定植期陰天澆水大造成的漚根、冬季大棚長期的連陰天造成的不生根和死棵、近年來頻繁發生的腐霉菌引起根腐病、莖基腐病等病害、連年重茬種植造成的根系生育不良等,這些實際生產中的種種難題,以往沒有很好的解決辦法和防控措施。通過多年的推廣實踐證明,因為甲殼素能夠調整土壤微生物區系、短時間內促根生長、誘導抗性等等的優良特性的綜合作用,對根部的種種難題甲殼素都能起到相當好的作用,能夠緩解、解決或輔助解決這些難題。可以說,甲殼素在根部病害、土傳病害、重茬死棵等等根部問題的解決方面效果顯著,得到了廣大農業專家和農民朋友的認可,其應用面也越來越廣,甲殼素在解決作物根部問題方面必將做出更多的貢獻。

問:甲殼素肥料防治根結線蟲的機理是什么,與目前的線蟲防治措施相比有何不同,能夠達到何效果?

答:根結線蟲病害主要發生在多年種植的保護地蔬菜及大田的生姜、花生等作物上。保護地蔬菜因為多年的重茬種植和特殊的環境因素,造成根結線蟲病害十分嚴重,已經成為制約保護地蔬菜發展的毀滅性病害。保護地蔬菜投資大、收益高,因此根結線蟲病害防治效果直接關系到收益的高低,防治措施不到位就會帶來相當大的經濟損失。發生線蟲病害的菜農朋友們就很著急,“有病亂投醫”,大量地使用國家明令禁止使用的高(劇)毒農藥,使用各種各樣的防治措施,但是根結線蟲危害還是有增無減、危害越來越重。

多年的根結線蟲防治實踐證明,根結線蟲病害一旦發生很難根治,結合目前我國農業生產的實際情況,專家提出線蟲防治必須改變觀念,改變急功近利的做法,必須結合根結線蟲自身的生長繁殖規律,有針對性的采取措施。把線蟲防治措施作為常規措施,以防為主,只要將線蟲的危害程度控制在一定限度之內,不造成作物減產和品質下降即可。檢驗線蟲防治措施好壞的標準應當是作物產量不減、品質不降、投入不增加、產出效益不降低。

目前根結線蟲的防治措施可以分為三類,即物理防治、化學防治和生物防治。甲殼素與阿維菌素配伍使用防治根結線蟲的方法(以下簡稱:甲殼素生物防治線蟲措施)屬于生物防治措施,作為生物防治措施的最大優勢就是對環境和作物具有很好的安全性、相容性,有利于環境的不斷改善和作物的健康生長,無任何毒副作用,且有相當好的增產效果。甲殼素生物防治線蟲措施于2002年被納入了山東省農科院承擔的國家科技攻關課題,經過四年多時間的試驗、調查、驗證,該種防治措施的防治效果可以達到83%,與其它線蟲防治措施相比,增產效果顯著。

甲殼素生物防治線蟲措施能夠達到如此好的效果,分析其內在原因,可用十二個字概括:機理獨特、卵蟲同防、標本兼治。簡單地說,阿維菌素只觸殺成蟲,效果快,持效期短;甲殼素對卵和成蟲都有效,效果慢,持效期長。

甲殼素的作用機理主要有三點:

(1)甲殼素可以誘導作物產生一種幾丁質酶來分解吸收線蟲和卵殼中的甲殼素使線蟲體壁和卵殼溶解掉,從而導致線蟲和蟲卵死亡,提前和經常在作物上使用甲殼素可誘導幾丁質酶的數量長時間保持在較高水平,達到預防線蟲的目的。

(2)甲殼素施入土壤后,能在短時間內培養起大量的放線菌等有益菌群,這些有益菌群分泌出的大量抗生素類物質和抗性酶(幾丁質酶等)可直接抑制線蟲和蟲卵,同時抑制腐霉菌、疫霉菌、絲核菌、尖鐮孢菌、霉菌、鐮刀菌等有害菌群,從而減輕因線蟲危害造成的有害菌的復合侵染,減輕“死棵”。

(3)甲殼素具有強大的生根養根作用,促進根系細胞的分生,使毛細根快速增多,減少漚根、死根和腐爛根的出現,促使根系發達。因此當作物在生長或結果盛期出現線蟲危害時,通過灌根處理可以使作物重新恢復生機,保持正常生長狀態,因此能夠將線蟲危害帶來的損失降到最低。

問:為什么使用甲殼素肥料后瓜果蔬菜恢復了原有的風味?

答:瓜甜果香、蔬菜口感好說到底是一個內在品質的問題,好看就是指果型、色澤、大小等外在品質。作為內在品質的提升最關鍵的原因就是果實中的光合產物多了,風味物質形成了,果實營養全面了。作物葉片利用水分和二氧化碳,在陽光的作用下合成碳水化合物,這就是光合作用,這些碳水化合物進一步合成淀粉、蛋白質、維生素等營養物質輸送到果實貯藏起來;輸送到根系,為根系吸收各種營養提供能量等等。

通過多年對甲殼素的追蹤研究,我們發現,甲殼素肥料對于作物來講,它的一個最重要的作用就是能夠糾正作物的不良生長狀態,調整作物的長勢至最適宜的水平,使作物始終處于一個最佳生長狀態易形成風味物質。山東省葡萄釀酒研究所測定,使用甲殼素的葡萄葉片光合速率提高60-80%,光合速率高了,單位時間內制造出的光合產物自然就多了。甲殼素對作物具有雙向調控的作用,一方面可以使作物生長壯而不旺,如弱苗通過灌根和葉面噴施可以促使根系新發,使弱苗變壯。如植株徒長,通過灌根和葉面噴施促使根系發達,莖節縮短,控制旺長;另外一方面可以協調營養生長與生殖生長的矛盾,如作物處于開花結果期,可以提高開花質量和座果質量,促使光合產物更多地運輸到果實等。

有些學者提出,甲殼素是作物生長發育必需的一種營養物質,根據“木桶理論”,給作物補充甲殼素可以提高作物對大量、中量、微量元素等營養成分的吸收利用率。通過甲殼素的綜合作用可以使果實營養全面、內在品質和商品性都提升顯著,好吃、好看、產量高、品質好、效益高。

問:甲殼素在國際農業中的應用如何?

答:對甲殼素的開發國外從30年代就開始了,主要有美國、德國、日本及韓國等,其中日本開發的力度最大,已成為世界上第一甲殼胺的生產大國,歐洲及美國的營養學界稱甲殼胺為六大要素之一,并投入大量人力、物力、財力開發生產以甲殼胺為主要原料的產品,其中部分產品投放市場后,受到廣大消費者的歡迎。現在國際上甲殼素年銷售額已超過20億美元。1982年4月日本政府農水省制定了“未利用生物資源”的十年研究開發計劃(1983-1992)。1985年文部省撥款60億日元,資助全國13所大學及醫療機構,利用10年時間,上千人從事有關甲殼素的開發利用與基礎研究,取得了長足的進展,開發的產品用于農業生產,為提高中國對日農產品的質量,目前日本已將其開發的甲殼素產品推廣到中國對日出口基地中。韓國多年來對甲殼素在農業上的應用也是突飛猛進,不但有專門應用于農業生產的甲殼素產品,還將利用甲殼素生產出的產品單獨打出品牌,如甲殼素西紅柿、甲殼素黃瓜等,韓國對甲殼素在種植業的認可程度由此可見一斑。近年來美國、加拿大也將甲殼素用于設施農業的生產中,如在水培營養液中添加甲殼素已達到改善品質減少病害的作用。

我國對甲殼素的開發和研究進行的比較晚,從80年代才開始生產甲殼素,由于我國具有豐富的甲殼素生產原料,因而生產量也比較大,1998年甲殼素產量已達到3000噸,但是以粗加工產品為主,主要面對國外市場,目前,人們已意識到甲殼胺具有優異的物化性質、生物相容性和生理活性,對于甲殼素的應用也開始起步,高附加值和高技術含量的甲殼素產品已經成為國內爭相開發的熱點。

近年來,中國農業對甲殼素的認識逐漸深入,出現了許多甲殼素農資產品,如肥料、農藥等,還出現了以甲殼素命名的產品如甲殼素紅棗、甲殼素雞蛋等,不但成為出口創匯的招牌,甲殼素還成為擊破出口壁壘的銳利長矛。

問:為什么使用甲殼素肥料具有投入產出比高,整體效益顯著增加的特點?

答:甲殼素肥料具有誘導作物抗性,改善土壤環境,增強作物光合作用,提升作物品質的綜合作用。