1、甲壳素的发现

人们对甲壳素的认识经历了漫长的岁月。1811年，法国学者Henli Brocronnat首次从蘑菇中分离提取到甲壳素，1859年法国Rouget发现甲壳素能溶于有机酸，从此世界对甲壳素有了初步的认识。自本世纪60年代起有关甲壳素的研究变得十分活跃，1982年日本将甲壳素列入1982-1992十年开发计划。1984年日本拨款50亿美元委托13所大学用于交流开发甲壳素，1986年美国华盛顿大学科学家首先发现甲壳素是具有生理活性物质。这一发现为今后甲壳素的开发利用奠定了理论基础，特别并引起了全世界的关注。甲壳素被认为是二十一世纪最有研究价值的多糖，最近几年对几丁质的研究已涉及到各个领域，我国对甲壳素的研究和应用开发也开始成为热点，并正在推向高潮。有人说：“从没有一种物质象甲壳素一样被如此广泛的研究和应用”。

2、甲壳素的概念

甲壳素又名几丁质（chitin)、甲壳质、壳多糖、蟹壳素、聚乙酰氨基葡萄糖，是一种天然高分子聚合物，属于氨基寡聚糖类，其学名为[（1，4）-2-乙酰氨基-2-脱氧-β-D-葡萄糖]，分子式为（C₈H₁₃NO₅）n，单体之间以β（1-4）糖苷键连接，单体分子量一般在106左右，理论含氮量6.9%。甲壳素广泛存在于节足动物类（蜘蛛类、甲壳类等）的外壳中，软体动物（如鱿鱼、乌贼）的内壳和软骨，也存在于真菌（松茸、香菇、金针菇、啤酒酵母）和藻类及高等植物的细胞壁中。由于甲壳素最早提取来源多为甲壳动物的外壳，因而通常称为甲壳素。甲壳素的化学结构与植物中广泛存在的纤维素结构非常相似，故又称为动物纤维素。甲壳素每年合成资源可达2000亿吨，是地球上仅次于植物纤维的第二大生物资源，是人类取之不竭的生物资源。

1、甲壳素的抗病诱导机理

甲壳素的抗病诱导作用主要源于其所含有的几丁质酶，几丁质酶广泛存在于自然界，在高等植物中主要分布于植物的茎、叶、种子、愈伤组织中，几丁质酶常与防卫反应的诱导有关；在哺乳动物和人的胃肠道和肺中也发现了可能对消化和防御有关的几丁质酶。几丁质酶是一种糖苷酶，主要催化几丁质的水解，具有几丁质外切活性和内切活性，并且具有转氨基葡糖酶的活性，可水解几丁质内部的糖苷键，释放寡糖，许多纯化的几丁质酶还显示不同程度溶菌酶活性，本身具有抗真菌的作用。植物中的几丁质酶的活性及其基因表达可被病原物、病原激发子、乙烯、水杨酸、紫外线及重金属诱导，从而使植物对病原菌侵染的抵抗力明显增强。

诱导几丁质酶及其他与防御反应相关酶的合成抗性诱导的具体过程是：病原菌入侵植物时，植物本身有辨认系统，能识别病菌入侵，而病菌细胞壁上的几丁质扮演被辨认的角色，使被侵染植株中原本存在的、低量而具有活性的几丁质酶大大提高，以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细胞膜上的蛋白激酶，使细胞内产生磷酸化反应，提高与抗性有关的酶，从而启动植物的防御系统，并产生植物干扰素，酚类复合物等抗病物质，对病原菌产生抑制作用，这些反应均在数小时内完成。如甲壳素可诱导黄瓜产生抗菌的水解酶（几丁质酶、壳聚糖酶和葡聚糖酶），使病原真菌细胞壁松弛，细胞解体。甲壳素还可以诱导植物合成多种植物保护素、木质素等，从而提高植物的抗病性。

2、甲壳素防病防虫作用机制

甲壳素被非常有益的放射菌喜欢, 施用甲壳素会促进放射菌繁殖,以达到抑制植物病害, 驱避并杀灭害、虫, 促进作物生长旺盛, 提高品质等多功能效果。杀虫原理:分泌酵素, 增进分解几丁质的活性, 可以溶解昆虫坚硬的表皮及线虫虫卵硬壳, 具防虫效果。杀菌原理: 刺激植物体产生自由酚化合物酵素及甲远素酶, 溶解真菌的細胞壁, 使其消失.减轻植物受到有真菌的危害。

3、甲壳素的作用形式

抗菌活性剂: 瓦解真菌的細胞壁达到免疫功能, 抗菌抗霉功效。

杀菌展着剂:含甲壳素的溶液因帶有正电荷，会与植物細胞表面的负电荷紧密結合，促使杀菌剂及其他小分子营养成份连結于植物上, 延长其效果，並刺激叶孔細胞收缩，降低菌丝侵入机会。

杀虫剂、防线虫剂: 溶解昆虫坚硬的表皮及线虫虫卵硬壳, 具防虫效果. 叶面喷施時，对细菌、蚜虫、蜘蛛等害虫及病原菌无法寄居于作物上。

土壤微生物改良剂: 在土壤中分解后能促进放射菌的增殖，对有害丝狀菌产生自然拮抗作用, 改良土壤內微生物的生态, 改善土壤菌落混乱。降低化学农药需求, 減少对环境的污染。

天然有机緩肥: 诱导刺激植物对肥料的吸收能力, 可作為土壤改良液肥, 叶面喷施則為优良的叶肥. 並因為帶正電高分子聚合物可以緩释其他施用肥料的肥效, 增加作物收成。

防止生育障碍: 产生凝集作用，使用于粘性土质能改善其土壤团粒作用以促进通气性、保水性及排水性，对作物的根部伸长，毛细根的发育有良好效果，使土壤活化，改善根部生态环境。

由于甲壳素特殊的生理机能不断被发现，引起全球科技界和产业界的重视，国际社会已先后召开过七届甲壳素学术会议。每年有关甲壳素的开发的论文上万篇，同时也有许多专著和专利问世。日本平均每三天就有一份申请甲壳素应用专利的报告。全世界从事甲壳素开发的企业已达上千家。甲壳素的研究开发已成为世人瞩目的科技领域和获利颇丰的新兴产业。一些发达国家争相投入大量资金进行研究开发。目前甲壳素是日本政府唯一准许宣传疗效的机能性食品。1993年日本厚生省受理了甲壳素作用于癌细胞转移抑制剂静脉注射药品的申请。1996年甲壳素又通过了美国药品、食品管理局（FDA）及欧共体（EC）核定，核准在美国欧洲销售。甲壳素的研究开发及其商业产品已出现了全球竞争趋势，并将继续保持稳定的高速发展。

甲壳素除在农业病虫害防治中的功效外，事实上目前已广泛应用于医药、保健、包装等多个领域。甲壳素在医药上的功能主要有降血糖有效调节血脂，平衡人体血液酸碱度。国内外已有大量报道证明其除了降低血脂功效外，还可增强人体免疫力和抗辐射等多项功能，对癌细胞也有一定的抑制作用。因此，在欧美、日本，甲壳素有“人体第六要素、软黄金”之称。有关专家认为甲壳素是继蛋白质、脂肪、糖、维生素、和微量元素外维持人体生命的第六要素。甲壳素对人体各种生理代谢具有广泛调节作用，可强化人体免疫功能。对甲亢、更年期综合症、各种妇科疾病、肝炎、肾炎、内分泌失调等有一定辅助治疗效果，并能减轻放疗、化疗后的副作用。壳聚糖制成小球作为吸附剂可治疗高血脂病。用甲壳素配以其他药物可制成免疫促进剂、抗肿瘤剂、药物缓释剂、降胆固醇剂、凝血剂、合成生化剂及各种保健品添加剂等。

在新型卫生敷料中甲壳素也大有作为。将虾、蟹、蛹壳经去矿物、提纯、脱色、溶解、纺丝、后处理、纺织或非织造工艺等过程，能制成可吸收手术缝纫线、人造皮肤、止血棉、止血纱布、过滤材料等。这种敷料用于手术后创口、体表溃疡、褥疮、烧烫伤等可促进创面愈合，有特殊治疗效果。甲壳素还可应用于纺织、印染、化工、造纸、食品、化妆品、农业、环保、塑料等领域。甲壳素用于环保型无甲醛织物整理，可减少皱缩率、改善手感，并能增加布料的可染性和抗静电性，织物在印花染色后再涂上一层含甲壳素的固色剂，可使织物不褪色，改善色调，提高染料的附着牢度。用甲壳素和淀粉等原料制成的薄膜，具有强度高、可天然降解，是替代目前大量使用的塑料薄膜的环保型产品。用甲壳素精制粉末加工成的纤维有抗菌防臭功能，人体汗液中的蛋白质、脂肪本无臭味，只是被细菌分解成不饱和脂肪酸后才难闻，细菌被抑止后，在一定时间内可防止织物中的臭味产生。

1、甲壳素在农业上的研究进展

甲壳质有广谱抗菌性。研究表明，甲壳质对革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌的多数菌属都有很好的抑杀作用。甲壳质诱导作物产生多种抗性物质，因此对病毒、真菌、细菌三方面病害的防治都有效，尤其重要的是，对病毒病的防治过去往往是植保的难题，而用甲壳质农药防治效果却十分理想。甲壳质农药在作物发病前使用能获得最佳效果。应用甲壳质农药对炭疽、疫病、病毒、枯黄萎、根腐等病害等均可预防并直接控制。当植物遭遇其他多种病害病情严重时，可与外抑农药(减量)配伍，内抗外抑，协同作用，多数情况也都能取得满意的效果。研究发现，在棉花上施加几丁质可以减少土壤中的病菌的数量，并且具有持续效果。用壳聚糖处理小麦种子可抑制小麦纹枯病发生，在多种植物（豆类、烟草等）叶片上喷洒或注射壳聚糖可保护植株不受病毒的侵染。赖凡等观察到不同浓度的壳聚糖对小麦赤霉病菌、稻纹枯病菌、灰霉病菌、甘薯软腐病菌等种植物病原真菌的生长有一定的抑制作用，并且壳聚糖还可以抑制灰霉病菌和甘薯软腐病菌孢子的萌发。以壳聚糖为主要成分的混合粉在水稻播前处理，可使水稻对毒素的抗性提高30- 40倍，产量增加13-23%番茄苗浸种或喷雾壳聚糖或在生长基质中加入壳聚糖可诱导番茄对根腐病的抗病性；黄瓜水溶液中加入壳聚糖可控制由腐霉菌引起的猝倒病。李宝英等用壳聚糖拌种，可降低水稻根腐病的发病率和病情指数，防效达89%.，同时可促进大豆根系生长，单株荚果数、粒数、粒重增加。芹菜苗浸根处理可显著延缓尖孢镰刀菌引起的萎蔫症状。

经常使用甲壳质的作物还较少发生虫害。在昆虫刚孵化成幼虫时用甲壳质农药效果最好。甲壳质农药对各种蚜虫均有明显的触杀作用，蚜虫触药后4小时～12小时即死亡。美国马里兰MG0N0 公司正在利用甲壳素生产的一种新型用于杀灭线虫的有机农药，可起到杀虫的作用，该农药无有害物残留，对天敌的影响较小，能有效地保护环境和维持生态平衡。北京市土肥工作站在保护地施用甲壳素、石灰氮等具有药用功能的肥料，很大程度减少了化学农药的用量，对线虫病害具有较好的防治效果，同时可以改善根际微生态区系组成。连续施用药肥防治线虫病害，第一年可以减轻发病率40％，产量增加45％，品质明显改善；第二年可以减轻发病率60％，产量增加32％，微生物区系明显改善。

壳聚糖可作为药物缓释剂，延长药物作用时间和减少用药量；还可在植物表面形成一层半透膜，阻止有害生物的入侵。因此，壳聚糖及其衍生物可用做许多粮食、蔬菜作物等种子的处理剂，激发种子提前发芽，促进作物生长，提高抗病能力，从而提高作物产量。壳聚糖作为种子处理剂用量少、成本低廉、无毒副作用。利用壳聚糖的抗菌能力和改善土壤的作用，可将几丁质及其衍生物和其他一些物质共同用做土壤改良剂。

甲壳质进入土壤后可以大大促使有益细菌如固氮菌、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。它可使放线菌的数量增加近30倍，几丁质可生物降解转化成优质的有机肥料，供作物吸收利用，同时可有效的改善土壤团粒结构，有效改良土壤，改善作物的生存环境，是一种多功能的土壤改良剂。

甲壳素在植株表面形成薄膜，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。这些特性决定了甲壳质可以成为果蔬保鲜剂的最好原料。目前应用最多的是水果、蔬菜的保鲜。对猕猴桃、苹果、青椒、梨、番茄、黄瓜、柑橘、芒果，草莓等的研究发现，利用这一方法可以一定程度上延缓果实衰老，减少腐烂，延长贮藏时期。虽然甲壳素的保鲜效果不如气调、冷藏等传统的贮藏方法，但是它应用方便，价格低廉，无毒无害，作为一种辅助的贮藏方法是大有应用空间的。为解决板栗贮藏中的霉烂问题,于2000-2002年进行了太行山板栗生物保鲜剂保鲜效果的研究.0.5%生物抑菌素（甲壳素）处理的板栗在室温贮存170d后,好果率高达91.67%,0～7℃低温贮藏的板栗好果率100%;甲壳素生物保鲜剂200倍液处理,室温贮存170 d后栗实的好果率为61.93%, 0～7℃低温下贮藏好果率96.17%.研究表明两种生物保鲜剂对太行山板栗均具有良好的保鲜效果。

施用甲壳质还可提高作物的抗寒冷、抗高温、抗旱涝、抗盐碱、抗肥害、气害、抗营养失衡等抗逆性。譬如甲壳质诱导作物产生的多种抗性物质中，有些具有预防、减轻或修复逆境对植物细胞的伤害的作用；能促使作物生长健壮，健壮的植株自然也有较强的抗逆能力。

甲壳质对作物的增产作用也是十分突出的，这是因为甲壳质可以激活、增强植株的生理生化机制，促使根系发达；茎叶粗壮，使植株吸收和利用水肥的能力以及光合作用等都得到增强。用甲壳质处理粮食种子可增产5%～5%；用于果蔬喷灌等可增产20%～40%或更多。其可改善作物品质，如增加粮食蛋白质和面筋的含量以及果蔬中糖的含量。

由此可见，几丁质及其衍生物在农业上可以用做生长调节剂、饲料添加剂、种子处理剂、农产品保鲜剂、农药载体、缓释剂、抗性诱导剂和食品添加剂等诸多方面，并且因其无毒、无害、无污染可安全降解等特点而具有广阔的应用前景。

2、目前已报道甲壳素可诱导防治的农业主要病害

低聚糖对细胞壁为甲壳质的真菌病害有诱导抗病作用，对细胞壁为纤维素的真菌病害没有诱导抗病作用。目前已报道甲壳素可诱导防治的农业主要病害有小麦赤霉病、白粉病、锈病、根腐病；大麦纹枯病、黑粉病；水稻稻瘟病、纹枯病、恶苗病、恶苗病、立枯病、胡麻叶斑病、秆腐菌核病、叶鞘腐败病；大豆菌核病、灰斑病、褐斑病、轮纹病、链格孢黑斑病、荚枯病、纹枯病、赤霉病、枯萎病、锈病、叶斑病、茎黑点病、褐纹病、根腐病（镰刀菌、丝核菌）；油菜菌核病、立枯病、炭疽病；甜菜褐斑病、立枯病、蛇眼病、叶斑病、白粉病、根腐病（镰刀菌、丝核菌）；烟草枯萎病、炭疽病、菌核病、立枯病、白绢病、白粉病、赤星病、黑斑病、蛙眼病、根黑腐病；亚麻立枯病、假黑斑病、斑点病，炭疽病、白粉病、锈病、枯萎病；棉花立枯病、炭疽病、苗红腐病、枯萎病、根腐病、黄萎病、棉铃黑果病、棉铃灰雪病、棉铃曲霉病、白霉病、褐斑病、叶烧病、茎枯病；花生炭疽病、白绢病、焦斑病、疮痂病；向日葵菌核病、褐斑病、黑斑病、锈菌、黄萎病、灰霉病、白粉病；马铃薯、早疫病、枯萎病；芸豆（菜豆）褐斑病、白粉病、炭腐病、黑斑病、炭疽病、褐纹病、锈病；西瓜镰刀菌根腐病、丝核菌立枯病、斑点病、叶枯病、黑斑病、白粉病、菌核病，褐腐病；黄瓜白粉病、枯萎病、红粉病、叶点霉叶斑病；番茄褐色根腐病、黑点根腐病、酸腐病、红粉病、斑点病、煤污病、白粉病、青霉果腐病、黑刺盘孢炭疽病；茄子褐斑病、果腐病、黄萎病、白绢病、赤星病、斑枯病、褐轮纹病、煤斑病、红腐病、黑点根腐病等；甜椒、辣椒苗期灰霉病、根腐病、白斑病、斑枯病、污霉病、黄萎病、白绢病等。

3、甲壳素在我省农业病虫害防治中的应用情况

（1）水稻稻瘟病、水稻纹枯病、叶鞘腐败病：2002年、2003年八一农垦大学植保系每亩用0.4%低聚寡糖素（甲壳素）150ml每亩防治水稻稻瘟病，最高防治效果达91.4%；八五六农场9队水稻田示范，对水稻叶瘟防治效果最高达到73%，穗颈瘟防治效果最高为66％；亩增收稻谷最高85千克，增产幅度最高达19.3%。2003年军川农场水稻田示范，对水稻纹枯病防治效果分别为67%-78%；叶鞘腐败病防治效果分别为 69%-81%；亩增收稻谷155-189千克/亩。农垦水稻所水稻示范，稻瘟病防治效果为100%，对照稻瘟病发病率20%；叶鞘腐败病（叶鞘褐色、穗褐色）的防治效果分别为达到86%，对照叶鞘腐败病发病率37%，亩产达到568千克，对照常规措施亩增产12%。

（2）水稻立枯病、水稻恶苗病：

2003年黑龙江省植检植保站以2%好普水剂600倍液在延寿县、尚志市、通河县等五地进行了水稻苗床立枯病及恶苗病药效试验，对照药剂为立枯净及使百克。结果为好普各处理对立枯病的防效分别为93.96%、90.71%、86.18%、对照药剂防效为80.30%，好普的防效明显优于对照药剂；好普各处理对恶苗病的防效均为100%，略好于对照药剂使百克的99.3%。

（3）大豆根腐病：

2003年黑龙江省植检植保站在克山县以2%好普水剂按种子量的4-8%包衣进行了大豆根腐病的药效试验。大豆一出复叶期调查，防效分别为59.09%和61.81%，防效显著高于对照药剂的47.27%，处理一和处理二的防效要低于对照药剂；大豆三出复叶期调查，防效分别为44.00%、52.06%均显著高于对照药剂37.38%。

4、国内甲壳素已登记推广产品及厂家情况

（1）大连凯飞股份有限公司：中科3号（凯得）、中科6号（好普）的田间药效结果表明：对小麦赤霉病防效达60%；棉花黄萎病防效达80%，大豆花叶病防效达71%；对辣椒病毒病防效达75%，番茄晚疫病防效达70%，白菜软腐病防效达85%；苹果黑星病防效达57%，木瓜花叶病防效达96%。此外对其他水果、蔬菜及花卉等病害也具有明显的防效及促生长作用，同时可提高产量

（2）广东原沣生物工程公司：0.4%低聚寡糖水剂。1998年中国热带农业科学院植科所研究对橡胶白粉病有良好的防治效果；1999年湖北省农药检定所每亩用0.4%低聚寡糖素75ml，小麦赤霉病防治效果81.7%；山东省农药检定所每亩用0.4%低聚寡糖等75ml，小麦赤霉病防治效果89.3%；安徽省农科院每亩用0.4%低聚寡糖素62.5ml，小麦赤霉病防治效果73.3%，对小麦白粉病、锈病有较好的控制作用，中国农科院蔬菜所用0.4%低聚寡糖素防治黄瓜枯萎病、有明显防治效果。广东农科院植保所每亩用0.4%低聚寡糖素87.5ml，对水稻纹枯病防治效果61.5%。2000年安徽省农科院植保所每亩用0.4%低聚寡糖素100ml，对小麦赤霉病防治效果84.9%。

（3）其它甲壳素类产品：施壮、聚糖果乐、黑星21、0.5%施特灵水剂等。施壮，又名绿色植保素2号，能诱导植物基因调节，活化植物，增强免疫功能，并于喷后在植物表面形成膜，防止病菌侵入。一般2%施壮600-800倍液，在开花到果实形成期喷施。聚糖果乐，在着果期施用，有保护果实免受病菌侵入、并使糖度提高作用。一般用1.5%聚糖果乐水剂600倍液在现果期喷施，每6-7天一次，连喷2-4次。黑星21具有诱导抗性、抑制病菌侵染、改善果实品质等作用，可用于防治果树黑星病等。一般用2%黑星21水剂400-600倍液喷施