时间：2019-02-01 01:56:12
糖是指含碳、氢和氧的糖类，又叫做碳水化合物，它实际上还包括单糖、双糖、多糖。葡萄糖、木糖、半乳糖和果糖等，其分子结构中含有3~6个碳，属于单糖；两个单糖结合在一起就是双糖，比如蔗糖、乳糖；由超过10个单糖分子聚合在一起的是多糖，比如淀粉、纤维素原、阿拉伯胶等。糖类物质既是生物体细胞的组成成分，更是能量储存的形式。所以，很多人都知道吃糖多或吃含糖多的食物容易长胖。
在自然界中，植物体中的纤维素和动物体内的甲壳素可谓是最丰富的糖类物质。而且两种多糖物质的结构都很复杂，都是与其它物质结合在一起构建并担负着生物体的机械支持功能。
昆虫、螃蟹、虾的外骨骼以及真菌细胞壁中含有大量的甲壳素，线虫的卵壳中也含有甲壳素。在昆虫、蟹虾的外骨骼中，甲壳素与蛋白质构建成一个复杂的网络结构，碳酸钙沉积填充其中。我们知道，虾蟹和昆虫都是地球上种类与数量都非常巨大的生物群落。据统计，每年生物体生产的甲壳素有100亿吨（2016年数据），海产品的加工废弃物每年也达到几百万吨。其中大部分可以在农业上可以被利用。
但人类对甲壳素的认识和研究也是一个漫长的过程，尽管在沿海地区的农民一直有把虾蟹残体作为植物有机肥加以利用的习惯，但直到1811年法国人Braconnot首先在蘑菇中发现了它，并命名为fungine（蕈素）。1823年另一个法国人Odier在昆虫外骨骼中发现了它，命名为chitin（几丁质，也就是甲壳素，法国单词为chitine,来自希腊单词χιών（chiton），意为覆盖）；1859年法国人Rouget用氢氧化钾把甲壳素煮沸一段时间后洗净，可以溶解在有机酸中；1894年一个叫Hoppe-seilerd的科学家发现经过氢氧化钾煮沸的甲壳素已经脱掉了乙酰基，变成了chitosan（壳聚糖）。
甲壳素的分子量太大，不能溶解于水，壳聚糖相当于蛋白质解体后的初级产物--肽。但因为解体和脱去乙酰基的幅度不一样，也造成壳聚糖在分子量上往往有所不同，水溶性也不一样。但壳聚糖分子中含有很不稳定的糖苷键，科学家们借此把壳聚糖进一步解聚成分子更小活性更强的寡聚糖物质--壳寡糖。氨基寡糖素、甲壳寡聚糖是壳寡糖在农业上应用时采用的名称。
壳聚糖及其衍生的壳寡糖类物质，在农业生产中有广泛的用途，既可以作为生物防治药剂，也可以刺激植物健康生长，还可以修复污染物对土壤和植物造成的破坏。其基本作用如下。
一、直接拮抗有害生物：大量实验证明，壳聚糖及其衍生物可以通过破坏菌丝的内膜，尤其是液泡，来直接拮抗植物病原真菌。特别对灰霉病菌、镰刀菌和疫霉菌有效。但壳聚糖类生物制剂对细菌、病毒和线虫的防控机制还没有直接产生拮抗的证据，而是其它机制在发挥作用。
二、改善根际和叶周围的环境平衡微生物种群，促进植物开启防御机制和生长：土壤中很多生物体都可以产生几丁质酶，这包括植物体、细菌、真菌等，几丁质酶则会分解真菌和昆虫体内的几丁质组织，破坏其结构。给土壤增施壳聚糖类物质促进这些微生物的繁衍与活动，这些微生物通过产生更多的几丁质酶、抗生素和毒素，或直接与有害生物竞争营养，或直接寄生，或激活植物防御系统等方式，增加了对有几丁质成分结构的有害生物的防控水平。比如，枯草芽孢杆菌是一种常用于防治作物病害的生物细菌，当把壳聚糖或其衍生物作为载体和枯草芽孢杆菌结合在一起施用的时候，可以更显著的防治花生冠腐病和木豆枯萎病。壳聚糖及其衍生物还可以和木霉菌、白僵菌、苏云金杆菌等生物菌包封在一起做成制剂，不但利于这些微生物制剂的储运（作为微生物的碳源和氮源），也能够促进它们的使用效果。
三、诱导植物产生对有害生物胁迫的防御反应：植物体内具有抵御有害生物胁迫的免疫系统，这个系统的锁具就是细胞膜上的一种特异性蛋白质，称为几丁质激活剂结合蛋白（CEBiP）。一般情况下，植物在遭受到含有几丁质结构的生物体攻击的时候就会先释放几丁质酶把几丁质分解成寡糖类，而这些寡糖类就是打开CEBiP的钥匙，植物的免疫系统就会被开启。
当CEBiP被打开以后，细胞就会通过茉莉酸在植物体内运转并传递信号，植物体立即做出一系列的免疫反应，产生植物毒素、酚类、木质素和萜类等物质，其中，胼胝质、木质素和三萜类迅速沉积促使被病菌攻击的组织形成坏死并与健康组织区割开来，也就是形成坏死性病斑，把已经侵入植物某部组织的病菌给固定住。基于这个原理，可以用壳聚糖类产品处理植物体上的一些伤口使其加速愈合防止病菌感染。
但是有一些有害生物菌，比如稻瘟病菌，也能够同时释放另一种蛋白（LysM蛋白1 ）来掩盖几丁质的释放，这就麻痹了植物细胞CEBiP，使其不能打开免疫系统。因此，在病菌攻击植物之前就施用壳聚糖类物质先淹没掉病菌产生的几丁质蛋白，进而刺激植物识别并打开免疫系统。
从上世纪80年代开始，许多研究发现甲壳素对控制植物病原线虫上是有效的。但其机理目前还没有完全确定。有人认为是因为甲壳素促进了土壤微生物对线虫卵的分解，有人提出是因为甲壳素在土壤中分解过中释放了大量的氨，但都有被否定的案例。
四、促进植物营养与生长：
1、促进植物生长和提早成熟：已经有大量实验证明，使用壳聚糖类物质能够促进植物生长，甚至使植物提前开花成熟，但具体机制目前还不十分清楚；
2、提高植物抗旱能力：实验研究发现，壳聚糖类能够诱导植物叶片上的气孔关闭，在高温干旱的时候显著降低叶片的水分蒸腾量，达到节水抗旱的效果；
3、提高植物矿质营养：甲壳素类物质既含有丰富的碳，也含有6.1~8.3%的氮素，也含有很多的钙。当做为有机氮肥施用在土壤里面的时候，不会因为碳氮比不合适造成植物缺氮。利用甲壳素中氮的稳定性，可以作为控释肥的包膜控释材料，在低温的冬季因为土壤微生物的活动性差而控制肥料中无机氮素的释放，既延缓了肥料的有效期，也减少了氮素的损失及对土壤和水源的污染。壳聚糖的阳离子性质使其还可以作为其它矿质营养的吸收介质。壳聚糖上的羟基和氨基官能团能够与铜、铁、锌等离子形成配位化合物，但不能和碱性金属钙和镁等结合。利用这个性质，成本低廉的壳聚糖有望替代价格高昂的EDTA，辅助铁营养的吸收和利用，同时利用壳聚糖的阳离子性质还可以促进土壤中的阴离子交换，从而提高硝酸盐和磷酸盐的利用率。
总起来说，来源丰富成本低廉的甲壳素类产品在农业上的应用非常广泛，但也存在着许多问题还没有解决。比如目前以化学分解法生产方式，也同时带来环境污染问题，但酶解法却往往不能高比率的脱掉甲壳素中的乙酰基。这也造成不同原始材料和不同的降解工艺及其水平，最终生产出来的产品在功能上往往也存在着差距。也就是说，并不是所有的壳聚糖和壳寡糖产品都是理想的产品，且每一种产品具有一定的特异性，所以，在农业生产应用的时候不要盲目地频繁滥用，比如，即便知道壳寡糖是激活植物免疫系统的关键性因素，但也不能频繁使用，那样会反过来扰乱了植物的免疫机制，不利于作物的健康生长，因此在作物最关键的生长节点巧妙的使用才会有更好的效果。
