壳聚糖在植物保护领域中的研究与应用进展.pdf

898 2023 年 第 64 卷 第 4 期 收 稿 日 期 2022 12 06 基 金 项 目 云 南 省 农 业 跨 境 有 害 生 物 绿 色 防 控 重 点 实 验 室 开 放 项 目 2021ZDK002 淮 安 市 自 然 科 学 基 金 项 目 HAB202077 作 者 简 介 张 学 峰 1990 男 河 北 邢 台 人 工 程 师 硕 士 从 事 农 药 制 剂 加 工 和 作 物 病 虫 草 害 防 治 技 术 研 究 E mail 1274085221 qq com 通 信 作 者 陈 澄 宇 1989 男 山 东 潍 坊 人 助 理 研 究 员 博 士 从 事 作 物 害 虫 绿 色 防 控 技 术 及 抗 性 机 制 研 究 E mail chenchengyu 126 com 文 献 著 录 格 式 张 学 峰 赵 云 霞 唐 艺 婷 等 壳 聚 糖 在 植 物 保 护 领 域 中 的 研 究 与 应 用 进 展 J 浙 江 农 业 科 学 2023 64 4 898 904 DOI 10 16178 j issn 0528 9017 20220627 壳 聚 糖 在 植 物 保 护 领 域 中 的 研 究 与 应 用 进 展 张 学 峰 1 赵 云 霞 1 唐 艺 婷 1 陈 坤 2 郑 凯 2 曹 凯 歌 1 陈 澄 宇 1 1 江 苏 徐 淮 地 区 淮 阴 农 业 科 学 研 究 所 江 苏 淮 安 223001 2 江 苏 明 德 立 达 作 物 科 技 有 限 公 司 江 苏 淮 安 223001 摘 要 在 植 物 保 护 领 域 由 于 长 期 依 赖 化 学 防 治 手 段 已 引 起 环 境 污 染 农 药 残 留 超 标 和 病 虫 草 抗 药 性 增 强 等 问 题 壳 聚 糖 作 为 一 种 兼 具 多 重 生 物 活 性 和 载 体 功 能 的 天 然 高 分 子 材 料 可 作 为 化 学 农 药 的 替 代 品 和 增 效 剂 壳 聚 糖 自 身 具 有 多 重 生 物 活 性 一 是 广 泛 的 抗 菌 活 性 可 有 效 抑 制 多 种 植 物 病 原 菌 的 生 长 繁 殖 二 是 诱 导 作 物 产 生 防 御 反 应 调 节 植 物 生 长 提 高 作 物 抗 逆 能 力 三 是 成 膜 性 在 作 物 表 面 形 成 高 分 子 薄 膜 提 供 物 理 屏 障 壳 聚 糖 还 具 备 优 良 的 载 体 功 能 负 载 农 药 赋 予 其 缓 释 控 释 功 能 有 效 延 长 持 效 期 负 载 矿 质 元 素 持 续 供 给 植 物 营 养 还 可 增 强 其 生 物 活 性 随 着 研 究 不 断 深 入 壳 聚 糖 必 将 在 植 物 保 护 领 域 发 挥 重 要 作 用 关 键 词 壳 聚 糖 植 物 保 护 生 物 活 性 载 体 功 能 农 药 矿 质 元 素 中 图 分 类 号 S435 文 献 标 志 码 A 文 章 编 号 0528 9017 2023 04 0898 07 随 着 全 球 人 口 增 长 和 人 们 生 活 水 平 提 高 对 粮 食 的 消 费 需 求 持 续 增 加 在 不 破 坏 农 业 生 态 系 统 的 前 提 下 保 障 粮 食 供 给 已 成 为 当 前 人 类 面 临 的 最 大 挑 战 而 大 量 的 作 物 病 虫 草 害 严 重 威 胁 农 业 生 产 若 得 不 到 有 效 防 控 可 造 成 约 40 的 产 量 损 失 1 为 了 减 少 损 失 和 提 高 产 量 人 们 广 泛 应 用 化 学 防 治 手 段 每 年 全 球 农 药 使 用 量 达 419 万 t 其 中 我 国 为 176 万 t 占 比 约 42 2 化 学 农 药 的 大 量 使 用 已 造 成 农 业 生 态 系 统 退 化 农 药 残 留 超 标 环 境 污 染 以 及 有 害 生 物 抗 药 性 增 强 等 各 种 问 题 3 为 了 减 少 对 化 学 农 药 的 依 赖 我 们 需 要 寻 找 更 为 绿 色 环 保 的 替 代 品 壳 聚 糖 chitosan 作 为 甲 壳 素 N 脱 乙 酰 基 的 产 物 其 来 源 广 泛 储 量 巨 大 具 有 安 全 无 毒 生 物 可 降 解 生 物 相 容 佳 可 成 膜 性 抗 菌 性 强 和 促 进 植 物 生 长 等 优 点 主 要 用 于 果 品 保 鲜 生 长 调 节 药 物 载 体 土 壤 改 良 等 方 面 已 广 泛 应 用 于 植 物 保 护 领 域 4 7 壳 聚 糖 不 仅 自 身 具 有 多 种 生 物 活 性 还 可 作 为 载 体 负 载 农 药 活 性 成 分 和 微 量 矿 质 元 素 显 著 提 高 农 药 和 矿 质 肥 料 的 应 用 效 果 有 效 延 长 持 效 期 达 到 减 量 增 效 的 目 的 本 文 总 结 了 壳 聚 糖 在 植 物 保 护 中 的 研 究 与 应 用 情 况 有 助 于 更 深 入 挖 掘 壳 聚 糖 的 潜 在 价 值 进 一 步 推 动 壳 聚 糖 在 可 持 续 农 业 中 的 创 新 应 用 1 壳 聚 糖 的 多 重 生 物 活 性 壳 聚 糖 具 有 抗 菌 活 性 能 够 诱 导 作 物 防 御 反 应 和 成 膜 性 等 多 重 生 物 活 性 8 壳 聚 糖 的 几 种 生 物 活 性 之 间 相 互 促 进 协 同 增 效 共 同 发 挥 壳 聚 糖 的 植 物 保 护 作 用 当 使 用 壳 聚 糖 处 理 作 物 后 首 先 在 作 物 表 面 形 成 一 层 薄 膜 为 作 物 提 供 物 理 屏 障 然 后 壳 聚 糖 与 病 原 菌 直 接 接 触 破 坏 病 原 菌 细 胞 结 构 抑 制 植 物 病 原 菌 的 生 长 和 繁 殖 同 时 壳 聚 糖 分 子 向 作 物 表 皮 细 胞 内 部 渗 透 激 活 作 物 防 御 反 应 调 节 作 物 生 长 提 高 作 物 抗 病 性 和 抗 逆 性 1 1 抗 菌 活 性 壳 聚 糖 具 有 广 泛 的 抗 菌 谱 对 镰 刀 属 链 格 孢 属 曲 霉 属 青 霉 属 等 多 种 植 物 病 原 真 菌 均 有 良 好 的 抗 菌 活 性 9 使 用 壳 聚 糖 溶 液 对 马 铃 薯 块 茎 进 行 浸 泡 处 理 可 有 效 抑 制 马 铃 薯 干 腐 病 病 原 菌 硫 色 镰 刀 菌 F u s a r i u m s u l p h u r e u m 的 生 长 并 显 著 降 低 单 端 孢 霉 烯 族 毒 素 的 产 生 量 10 在 离 体 条 件 下 对 小 麦 赤 霉 病 病 原 菌 禾 谷 镰 刀 菌 F u s a r i u m g r a m i n e a r u m 进 行 壳 聚 糖 处 理 后 病 原 菌 的 菌 丝张 学 峰 等 壳 聚 糖 在 植 物 保 护 领 域 中 的 研 究 与 应 用 进 展 899 生 长 受 到 明 显 抑 制 孢 子 萌 发 率 显 著 降 低 温 室 试 验 也 验 证 了 壳 聚 糖 对 小 麦 赤 霉 病 的 防 控 效 果 使 用 壳 聚 糖 溶 液 对 小 麦 进 行 喷 雾 处 理 后 小 麦 穗 花 的 侵 染 率 和 为 害 程 度 明 显 下 降 11 Meng 等 12 测 试 了 壳 聚 糖 对 赭 曲 霉 A s p e r g i l l u s o c h r a c e u s 的 抑 菌 活 性 发 现 壳 聚 糖 可 明 显 抑 制 赭 曲 霉 的 菌 丝 生 长 和 孢 子 萌 发 导 致 菌 丝 出 现 肿 胀 异 常 分 枝 和 空 泡 化 等 畸 形 症 状 壳 聚 糖 不 仅 对 植 物 病 原 真 菌 有 效 对 细 菌 和 病 毒 也 有 良 好 的 抗 菌 活 性 与 真 菌 相 比 细 菌 对 壳 聚 糖 的 敏 感 度 稍 低 13 并 且 壳 聚 糖 对 革 兰 氏 阳 性 和 阴 性 细 菌 的 抗 菌 活 性 存 在 差 异 14 在 离 体 条 件 下 壳 聚 糖 可 有 效 抑 制 细 菌 性 果 斑 病 病 菌 A c i d o v o r a x c i t r u l l i 的 生 长 繁 殖 造 成 细 菌 的 细 胞 膜 裂 解 使 用 壳 聚 糖 对 西 瓜 进 行 种 子 处 理 和 叶 面 喷 雾 均 可 有 效 防 控 西 瓜 细 菌 性 果 斑 病 西 瓜 幼 苗 的 病 情 指 数 和 死 亡 率 明 显 下 降 15 使 用 壳 聚 糖 对 番 茄 幼 苗 进 行 处 理 后 细 菌 性 斑 点 病 病 菌 P s e u d o m o n a s s y r i n g a e 对 番 茄 幼 苗 的 为 害 程 度 明 显 减 轻 病 斑 面 积 和 细 菌 数 量 显 著 减 少 16 壳 聚 糖 的 抗 病 毒 活 性 主 要 通 过 诱 导 作 物 产 生 防 御 反 应 的 间 接 作 用 起 效 抑 制 病 毒 在 植 株 体 内 的 全 身 传 播 使 经 过 壳 聚 糖 处 理 后 的 植 株 不 会 发 生 全 身 性 的 病 毒 感 染 低 分 子 壳 聚 糖 2 17 ku 可 有 效 抑 制 烟 草 花 叶 病 毒 的 危 害 处 理 后 烟 草 叶 片 的 病 斑 坏 死 面 积 减 少 50 90 17 此 外 壳 聚 糖 可 增 强 食 线 虫 真 菌 对 植 物 寄 生 性 线 虫 的 生 防 效 果 使 用 0 1 mg mL 1 的 壳 聚 糖 溶 液 浇 灌 番 茄 幼 苗 有 助 于 生 防 真 菌 P o c h o n i a c h l a m y d o s p o r i a 在 土 壤 中 生 长 繁 殖 和 在 作 物 根 系 中 定 殖 从 而 提 高 其 对 番 茄 根 结 线 虫 的 防 治 效 果 18 壳 聚 糖 抗 菌 活 性 的 作 用 机 制 主 要 是 1 壳 聚 糖 分 子 中 含 有 大 量 的 活 性 氨 基 被 质 子 化 后 使 壳 聚 糖 带 正 电 荷 与 病 原 菌 细 胞 膜 上 带 负 电 荷 的 磷 脂 类 分 子 发 生 静 电 作 用 从 而 破 坏 细 胞 膜 通 透 性 导 致 细 胞 内 容 物 泄 漏 19 2 细 胞 膜 通 透 性 改 变 后 Ca 2 通 道 打 开 Ca 2 大 量 流 入 细 胞 内 细 胞 的 离 子 平 衡 被 破 坏 导 致 细 胞 死 亡 20 另 外 壳 聚 糖 抑 制 细 胞 膜 上 的 H ATP 酶 活 性 诱 导 细 胞 内 质 子 积 累 细 胞 膜 上 的 H K 交 换 转 运 活 动 受 到 抑 制 K 迅 速 从 细 胞 内 流 出 破 坏 细 胞 稳 态 21 3 壳 聚 糖 与 病 原 菌 生 长 所 必 需 的 一 些 矿 质 元 素 和 营 养 物 质 发 生 螯 合 作 用 从 而 抑 制 病 原 菌 的 正 常 生 长 4 当 壳 聚 糖 渗 透 进 入 细 胞 后 可 以 与 细 胞 内 的 靶 点 结 合 或 直 接 作 用 于 遗 传 物 质 干 扰 基 因 的 表 达 和 蛋 白 质 的 生 物 合 成 导 致 细 胞 的 新 陈 代 谢 紊 乱 从 而 抑 制 病 原 菌 生 长 和 繁 殖 22 5 壳 聚 糖 沉 积 在 病 菌 表 面 形 成 致 密 的 高 分 子 膜 阻 碍 了 营 养 物 质 进 入 细 胞 以 及 代 谢 物 向 细 胞 外 运 输 从 而 抑 制 病 菌 的 生 长 23 1 2 诱 导 作 物 防 御 反 应 壳 聚 糖 不 仅 是 一 种 抗 菌 剂 还 是 植 物 系 统 获 得 性 抗 性 的 有 效 诱 导 因 子 可 作 为 植 物 生 长 调 节 剂 或 抗 逆 剂 使 用 壳 聚 糖 诱 导 作 物 产 生 防 御 反 应 提 高 作 物 对 病 原 菌 和 非 生 物 胁 迫 的 抗 性 同 时 调 节 植 物 生 长 提 高 作 物 产 量 和 品 质 植 物 细 胞 受 体 在 接 收 到 壳 聚 糖 刺 激 信 号 后 经 过 一 系 列 的 信 号 分 子 和 转 录 因 子 的 传 导 引 起 植 物 中 多 种 初 级 和 次 级 代 谢 反 应 变 化 从 而 表 现 出 各 种 各 样 的 防 御 反 应 24 壳 聚 糖 促 使 碳 氮 代 谢 相 关 酶 活 性 增 强 光 合 作 用 速 率 提 高 光 合 产 物 积 累 量 增 加 从 而 促 进 作 物 生 长 提 高 作 物 产 量 同 时 促 进 防 御 反 应 相 关 酶 的 活 性 增 强 各 类 次 级 代 谢 产 物 积 累 量 增 加 从 而 提 高 植 株 的 抗 病 性 和 抗 逆 能 力 壳 聚 糖 引 起 植 物 细 胞 基 因 表 达 量 的 变 化 对 小 麦 进 行 壳 聚 糖 处 理 后 叶 片 细 胞 内 与 光 合 作 用 初 级 碳 氮 代 谢 防 御 反 应 和 转 录 因 子 相 关 的 基 因 表 达 量 发 生 明 显 变 化 其 中 268 种 mRNAs 上 调 132 种 mRNAs 下 调 56 种 miRNAs 被 诱 导 或 抑 制 从 而 调 控 下 游 代 谢 活 动 调 节 植 株 生 长 提 高 小 麦 抗 逆 性 25 壳 聚 糖 通 过 提 高 细 胞 初 级 代 谢 反 应 活 性 促 进 植 物 生 长 农 产 品 的 产 量 和 品 质 提 高 使 用 壳 聚 糖 对 咖 啡 树 苗 进 行 喷 雾 处 理 后 叶 片 中 的 叶 绿 素 含 量 提 高 30 50 光 合 速 率 提 高 30 60 同 时 植 株 对 氮 磷 钾 等 营 养 元 素 的 吸 收 能 力 增 强 各 项 生 长 参 数 均 有 所 提 高 显 著 促 进 咖 啡 苗 生 长 26 在 马 铃 薯 生 长 期 内 进 行 3 次 壳 聚 糖 喷 雾 处 理 收 获 的 马 铃 薯 块 茎 的 尺 寸 明 显 增 大 商 品 薯 产 量 可 提 升 30 使 用 壳 聚 糖 对 玉 米 进 行 种 子 处 理 后 发 芽 率 株 高 和 叶 面 积 等 生 长 指 标 均 有 大 幅 度 提 升 并 且 土 壤 中 脱 氢 酶 和 碱 性 磷 酸 酶 等 土 壤 健 康 指 示 酶 活 性 增 强 2 3 倍 更 有 利 于 玉 米 植 株 的 生 长 27 壳 聚 糖 通 过 提 高 细 胞 次 级 代 谢 反 应 活 性 提 高 植 物 组 织 内 的 次 级 代 谢 产 物 含 量 从 而 提 高 作 物 的 抗 病 性 和 抗 逆 性 在 采 收 前 对 柑 橘 进 行 壳 聚 糖 喷 雾 处 理 果 实 中 的 抗 性 相 关 基 因 的 表 达 量 提 高 几 丁 质 酶 和 苯 丙 氨 酸 解 氨 酶 的 含 量 升 高 使 得 果 实 对 绿 霉 病 菌 R h o d o s p o r i d i u m p a l u d i g e n u m 的 抗 性 提 高 柑 橘 腐 烂 病 的 发 病 率 和 为 害 程 度 随 之 下 降 28 小 麦 幼900 2023 年 第 64 卷 第 4 期 苗 经 过 壳 聚 糖 处 理 后 叶 绿 素 含 量 和 光 合 速 率 提 升 SOD POD 和 CAT 抗 氧 化 酶 活 性 增 强 从 而 提 高 了 小 麦 的 抗 盐 能 力 29 壳 聚 糖 低 聚 物 诱 导 希 腊 小 叶 薄 荷 叶 片 中 产 生 低 浓 度 的 H 2 O 2 进 一 步 促 进 多 酚 类 化 合 物 的 合 成 和 积 累 提 高 植 株 抗 逆 能 力 30 使 用 水 溶 性 壳 聚 糖 低 聚 物 对 葡 萄 树 进 行 喷 雾 处 理 后 叶 片 中 的 植 物 保 卫 素 积 累 量 迅 速 增 加 植 株 对 葡 萄 灰 霉 病 和 霜 霉 病 的 抗 病 性 提 升 31 另 外 不 同 分 子 量 壳 聚 糖 的 植 物 诱 抗 效 果 不 同 低 分 子 量 壳 聚 糖 比 高 分 子 量 壳 聚 糖 更 能 有 效 地 诱 导 作 物 防 御 反 应 原 因 可 能 是 低 分 子 量 壳 聚 糖 更 容 易 与 植 物 细 胞 膜 上 的 特 定 受 体 结 合 32 总 的 来 说 上 述 研 究 结 果 充 分 支 持 了 壳 聚 糖 的 诱 抗 活 性 和 植 物 生 长 调 节 能 力 施 用 壳 聚 糖 可 明 显 提 高 作 物 产 量 特 别 是 在 病 害 或 不 良 环 境 胁 迫 条 件 下 仍 能 保 障 或 提 高 作 物 产 量 这 对 于 盐 碱 地 荒 漠 地 和 坡 地 等 边 际 土 地 的 农 业 利 用 十 分 重 要 1 3 成 膜 性 壳 聚 糖 通 过 浸 泡 或 喷 雾 等 方 式 施 用 到 作 物 表 面 后 会 形 成 一 种 可 食 用 的 涂 层 可 为 作 物 提 供 一 道 物 理 屏 障 以 抵 抗 病 菌 侵 染 同 时 降 低 植 株 的 蒸 腾 作 用 和 呼 吸 作 用 壳 聚 糖 因 其 强 成 膜 性 和 天 然 的 抗 菌 活 性 已 广 泛 应 用 于 水 果 和 蔬 菜 保 鲜 33 壳 聚 糖 涂 层 在 果 蔬 表 面 形 成 一 层 半 透 膜 在 一 定 程 度 上 阻 碍 果 蔬 内 外 气 体 交 换 果 蔬 内 部 O 2 水 平 降 低 和 CO 2 水 平 提 高 从 而 降 低 了 果 蔬 的 呼 吸 水 平 和 代 谢 活 性 从 而 延 缓 果 蔬 的 成 熟 和 衰 老 过 程 34 对 番 木 瓜 进 行 壳 聚 糖 处 理 后 在 存 储 期 间 果 实 的 呼 吸 速 率 明 显 下 降 与 对 照 相 比 果 实 内 O 2 浓 度 下 降 70 CO 2 浓 度 上 升 4 倍 在 储 存 过 程 中 不 仅 保 持 了 果 实 的 硬 度 而 且 提 升 了 果 实 品 质 大 大 延 长 了 番 木 瓜 的 储 存 期 限 35 壳 聚 糖 涂 层 具 有 水 屏 障 作 用 以 减 少 果 蔬 在 储 存 期 间 的 水 分 和 质 量 损 失 保 障 了 水 果 和 蔬 菜 的 新 鲜 度 和 品 质 36 使 用 壳 聚 糖 对 甜 樱 桃 进 行 浸 果 处 理 可 有 效 延 缓 果 实 的 水 分 流 失 并 提 高 果 实 中 总 可 溶 性 固 形 物 的 含 量 表 明 壳 聚 糖 可 有 效 地 保 持 采 摘 后 的 果 实 品 质 延 长 甜 樱 桃 的 货 架 期 37 壳 聚 糖 还 可 被 加 工 成 环 保 型 保 鲜 膜 以 替 代 石 化 基 薄 膜 用 于 包 装 农 产 品 Liu 等 38 以 不 同 分 子 量 的 壳 聚 糖 为 原 料 制 备 保 鲜 薄 膜 研 究 发 现 壳 聚 糖 薄 膜 不 仅 具 有 优 良 的 透 光 性 拉 伸 强 度 等 物 理 性 能 抗 菌 性 能 也 同 样 优 秀 应 用 于 草 莓 保 鲜 可 明 显 延 长 草 莓 保 质 期 保 鲜 效 果 优 于 常 规 的 PE 保 鲜 膜 2 壳 聚 糖 负 载 农 药 活 性 成 分 壳 聚 糖 安 全 无 毒 易 生 物 降 解 且 易 化 学 修 饰 非 常 适 合 作 为 农 药 载 体 国 内 外 已 对 其 进 行 了 广 泛 的 研 究 39 40 以 壳 聚 糖 为 载 体 材 料 对 杀 虫 剂 杀 菌 剂 除 草 剂 或 植 物 生 长 调 节 剂 等 农 药 活 性 成 分 进 行 包 裹 或 吸 附 实 现 农 药 的 缓 释 控 释 还 可 提 高 易 降 解 农 药 的 化 学 稳 定 性 有 效 延 长 农 药 的 持 效 期 从 而 达 到 农 药 减 量 增 效 和 减 少 环 境 污 染 的 目 的 此 外 壳 聚 糖 还 可 与 其 他 高 分 子 材 料 形 成 复 合 载 体 或 对 壳 聚 糖 分 子 进 行 化 学 修 饰 进 一 步 优 化 其 载 体 性 能 以 壳 聚 糖 为 载 体 的 农 药 制 剂 表 现 出 优 良 的 缓 释 控 释 能 力 活 性 物 质 的 释 放 机 制 包 括 孔 隙 扩 散 表 面 解 吸 载 体 的 溶 胀 和 降 解 孔 隙 扩 散 速 度 取 决 于 空 隙 尺 寸 密 度 和 内 外 浓 度 差 而 表 面 解 吸 速 率 与 载 体 对 活 性 物 质 的 吸 附 强 度 有 关 在 有 水 条 件 下 载 体 发 生 水 合 作 用 壳 聚 糖 发 生 溶 胀 活 性 物 质 释 放 加 快 另 外 光 热 氧 酶 和 pH 值 等 外 部 环 境 因 素 导 致 壳 聚 糖 载 体 的 破 裂 或 降 解 活 性 成 分 随 之 释 放 王 娟 等 41 采 用 均 相 沉 淀 法 制 备 多 杀 霉 素 壳 聚 糖 微 球 具 有 明 显 的 温 度 敏 感 性 微 球 的 溶 胀 度 释 药 速 率 和 累 积 释 药 率 均 随 着 温 度 的 升 高 而 升 高 有 望 开 发 为 温 度 响 应 型 环 境 友 好 控 释 制 剂 Liu 等 42 通 过 壳 聚 糖 与 赤 霉 素 之 间 生 成 酰 胺 键 进 行 负 载 实 现 了 赤 霉 素 的 稳 定 持 续 释 放 不 受 温 度 光 照 和 pH 值 的 影 响 可 持 续 释 放 30 d 有 些 活 性 物 质 挥 发 性 强 直 接 施 用 持 效 期 短 使 用 壳 聚 糖 将 其 包 裹 使 其 缓 慢 释 放 提 高 活 性 物 质 的 防 治 效 果 和 利 用 率 Chaudhari 等 43 利 用 壳 聚 糖 对 挥 发 性 的 松 油 醇 进 行 微 囊 化 处 理 使 其 具 有 更 高 的 抑 菌 和 抑 毒 活 性 微 胶 囊 制 剂 在 0 4 L mL 1 浓 度 下 即 可 完 全 抑 制 黄 曲 霉 A s p e r g i l l u s f l a v u s 菌 丝 生 长 而 未 包 封 制 剂 则 需 要 0 9 L mL 1 微 胶 囊 制 剂 在 0 3 L mL 1 时 即 可 完 全 抑 制 曲 霉 菌 AFB 1 毒 素 的 产 生 而 未 包 封 制 剂 则 需 要 0 5 L mL 1 使 用 松 油 醇 微 胶 囊 制 剂 对 玉 米 粒 进 行 处 理 可 有 效 地 保 护 玉 米 在 储 存 期 间 免 受 多 种 霉 菌 的 侵 染 和 霉 菌 毒 素 的 产 生 可 有 效 地 延 长 玉 米 的 保 质 期 提 高 经 济 效 益 此 外 壳 聚 糖 负 载 农 药 形 成 的 屏 障 作 用 还 可 提 高 农 药 的 化 学 稳 定 性 Li 等 44 利 用 共 沉 淀 法 制 备 多 杀 菌 素 壳 聚 糖 微 胶 囊 具 有 优 良 的 紫 外 光 遮 蔽 效 果 可 显 著 提 高 多 杀 菌 素 的 光 稳 定 性 光 降 解 率 降 低 约 50 有 利 于 多 杀 菌 素 对 害张 学 峰 等 壳 聚 糖 在 植 物 保 护 领 域 中 的 研 究 与 应 用 进 展 901 虫 的 长 效 防 控 壳 聚 糖 与 其 他 高 分 子 材 料 形 成 复 合 载 体 负 载 农 药 活 性 成 分 与 单 一 载 体 相 比 其 致 密 度 和 通 透 性 更 易 调 节 有 利 于 强 化 载 体 对 药 物 等 活 性 成 分 的 缓 释 作 用 Xie 等 45 使 用 壳 聚 糖 淀 粉 和 海 藻 酸 钙 制 备 凝 胶 复 合 载 体 对 螺 虫 乙 酯 进 行 包 覆 实 现 了 活 性 成 分 的 缓 慢 释 放 螺 虫 乙 酯 在 土 壤 中 的 降 解 速 率 明 显 降 低 可 有 效 延 长 其 持 效 期 Campos 等 46 制 备 壳 聚 糖 环 糊 精 纳 米 颗 粒 封 装 香 芹 酚 和 沉 香 醇 有 效 地 延 缓 了 活 性 物 质 的 挥 发 和 降 解 对 棉 铃 虫 和 二 斑 叶 螨 的 杀 虫 活 性 增 强 持 效 期 延 长 有 利 于 推 动 植 物 源 活 性 物 的 应 用 与 推 广 壳 聚 糖 还 可 与 其 他 高 分 子 材 料 形 成 多 层 壳 结 构 以 提 高 载 体 性 能 He 等 47 利 用 界 面 聚 合 法 合 成 二 氧 化 硅 囊 壳 再 以 戊 二 醛 为 交 联 剂 在 硅 壳 表 面 沉 积 聚 合 壳 聚 糖 成 功 制 备 二 氧 化 硅 壳 聚 糖 双 壳 层 阿 维 菌 素 微 球 与 单 壳 层 结 构 相 比 具 有 更 强 的 抗 光 解 能 力 和 更 优 的 缓 释 控 释 性 能 壳 聚 糖 结 构 单 元 中 的 氨 基 和 羟 基 化 学 性 质 活 泼 易 进 行 化 学 修 饰 通 过 连 接 其 他 功 能 基 团 优 化 其 载 体 功 能 Li 等 48 将 聚 乳 酸 结 构 接 在 壳 聚 糖 结 构 单 元 中 的 氨 基 和 羟 基 上 使 载 体 具 备 两 亲 结 构 即 亲 油 性 的 聚 乳 酸 部 分 和 亲 水 性 的 壳 聚 糖 部 分 从 而 易 于 在 水 中 组 装 成 纳 米 胶 束 对 吡 虫 啉 进 行 有 效 负 载 实 现 控 制 释 放 Fu 等 49 将 具 有 紫 外 线 吸 收 活 性 的 二 苯 酮 四 羧 酸 二 酐 接 在 壳 聚 糖 分 子 上 再 通 过 界 面 聚 合 反 应 形 成 囊 壳 包 埋 阿 维 菌 素 从 而 提 高 了 阿 维 菌 素 的 光 稳 定 性 与 化 学 修 饰 前 相 比 光 降 解 半 衰 期 延 长 约 一 倍 另 外 还 可 在 壳 聚 糖 分 子 上 接 枝 对 环 境 因 素 敏 感 的 基 团 从 而 获 得 智 能 控 释 能 力 对 光 温 度 pH 值 酶 等 外 界 刺 激 做 出 反 应 调 控 活 性 成 分 的 释 放 速 率 Xu 等 50 将 甲 基 丙 烯 酸 二 甲 胺 乙 酯 接 枝 在 壳 聚 糖 分 子 上 成 功 制 备 了 pH 值 和 温 度 双 因 素 响 应 型 的 吡 唑 醚 菌 酯 微 胶 囊 pH 值 降 低 和 温 度 升 高 有 利 于 活 性 成 分 的 释 放 当 介 质 pH 值 降 低 时 壳 聚 糖 分 子 上 接 枝 的 N CH 3 2 基 团 的 质 子 化 作 用 加 强 导 致 聚 合 物 分 子 内 的 静 电 斥 力 增 大 紧 密 度 降 低 通 透 性 增 强 从 而 有 利 于 活 性 成 分 的 释 放 当 温 度 上 升 时 吡 唑 醚 菌 酯 与 聚 合 物 分 子 间 的 范 德 华 力 和 氢 键 作 用 力 减 弱 同 时 聚 合 物 网 络 结 构 会 伸 展 膨 胀 活 性 成 分 的 释 放 速 率 加 快 Ye 等 51 在 壳 聚 糖 分 子 上 连 接 对 光 不 稳 定 的 硝 基 苄 基 基 团 获 得 光 响 应 型 敌 草 隆 纳 米 制 剂 在 黑 暗 条 件 下 纳 米 微 粒 保 持 高 稳 定 性 敌 草 隆 释 放 非 常 缓 慢 而 在 光 照 条 件 下 纳 米 微 粒 结 构 由 紧 实 的 交 联 胶 束 结 构 转 变 为 松 散 的 纳 米 笼 结 构 通 透 性 显 著 增 强 敌 草 隆 迅 速 从 载 体 中 释 放 出 来 从 而 实 现 农 药 活 性 物 质 的 光 控 释 放 3 壳 聚 糖 负 载 微 量 矿 质 元 素 壳 聚 糖 可 负 载 铁 铜 锌 钼 锰 镍 等 多 种 微 量 矿 质 元 素 施 用 后 为 作 物 提 供 全 面 的 营 养 促 进 作 物 健 康 生 长 壳 聚 糖 分 子 结 构 中 的 氨 基 可 与 金 属 元 素 离 子 发 生 配 位 反 应 形 成 壳 聚 糖 金 属 螯 合 物 对 微 量 矿 质 元 素 进 行 负 载 将 壳 聚 糖 进 行 改 性 聚 合 形 成 胶 束 微 球 和 中 空 纤 维 等 具 有 大 表 面 积 的 载 体 可 进 一 步 加 大 对 金 属 离 子 的 吸 附 效 率 壳 聚 糖 载 体 对 微 量 矿 质 元 素 进 行 负 载 使 其 获 得 缓 释 控 释 性 能 Choudhary 等 52 使 用 离 子 凝 胶 法 制 备 锌 壳 聚 糖 纳 米 颗 粒 Zn 2 的 释 放 速 率 随 pH 值 升 高 而 降 低 在 pH 值 4 5 的 缓 冲 液 中 Zn 2 可 持 续 释 放 144 h 具 备 明 显 的 缓 释 特 性 使 用 该 制 剂 对 玉 米 进 行 种 子 处 理 和 叶 面 喷 雾 处 理 后 与 常 规 锌 肥 相 比 玉 米 植 株 的 根 系 更 为 发 达 吐 丝 期 提 前 而 衰 老 期 延 后 玉 米 籽 粒 的 营 养 物 质 积 累 量 增 加 从 而 使 玉 米 的 产 量 提 高 壳 聚 糖 负 载 微 量 矿 质 元 素 可 增 强 其 抗 菌 和 植 物 生 长 调 节 活 性 Mizwari 等 53 制 备 壳 聚 糖 氧 化 镁 和 壳 聚 糖 氧 化 镍 纳 米 微 粒 金 属 氧 化 物 与 壳 聚 糖 之 间 的 协 同 增 效 作 用 明 显 对 大 肠 埃 希 氏 菌 E s c h e r i c h i a c o l i 和 金 黄 色 葡 萄 球 菌 S t a p h y l o c o c c u s a u r e u s 的 抑 菌 活 性 显 著 提 高 Saharan 等 54 制 备 的 壳 聚 糖 铜 纳 米 制 剂 可 促 进 番 茄 种 子 萌 发 和 幼 苗 生 长 对 茄 孢 链 环 孢 菌 A l t e r n a r i a s o l a n i 和 尖 孢 镰 刀 菌 F u s a r i u m o x y s p o r u m 的 菌 丝 生 长 和 孢 子 萌 发 的 抑 制 活 性 显 著 增 强 在 温 室 试 验 中 也 表 现 出 对 番 茄 早 疫 病 和 枯 萎 病 良 好 的 防 治 效 果 Liang 55 等 制 备 壳 聚 糖 镧 La 纳 米 制 剂 对 水 稻 种 子 和 幼 苗 进 行 处 理 可 有 效 促 进 水 稻 幼 苗 的 生 长 和 提 高 对 稻 瘟 病 的 抗 病 性 并 且 比 游 离 状 态 的 壳 聚 糖 和 La 3 的 效 果 更 为 优 异 另 外 壳 聚 糖 还 可 负 载 硒 等 具 有 人 体 保 健 功 能 的 矿 质 元 素 增 强 植 株 对 硒 元 素 的 吸 收 和 富 集 能 力 提 升 农 产 品 品 质 56 4 展 望 壳 聚 糖 自 身 具 有 抗 菌 活 性 诱 导 作 物 防 御 反 应 和 成 膜 性 等 多 重 生 物 活 性 增 强 作 物 的 免 疫 力 和 对 植 物 病 原 菌 的 防 御 能 力 此 外 壳 聚 糖 还 可 作 为 载902 2023 年 第 64 卷 第 4 期 体 对 农 药 活 性 成 分 或 微 量 矿 质 元 素 进 行 负 载 显 著 提 高 农 药 和 矿 质 元 素 的 持 效 期 并 降 低 对 环 境 的 不 良 影 响 虽 然 已 有 大 量 的 文 献 验 证 了 壳 聚 糖 在 植 物 保 护 中 的 应 用 效 果 但 仍 存 在 一 些 问 题 壳 聚 糖 作 为 一 种 阳 离 子 聚 合 物 在 可 变 pH 的 介 质 中 不 稳 定 在 酸 性 环 境 中 因 其 结 构 单 元 中 的 氨 基 质 子 化 而 溶 解 而 在 碱 性 环 境 中 由 于 氨 基 的 脱 质 子 化 而 发 生 沉 淀 壳 聚 糖 可 能 会 对 一 些 作 物 产 生 毒 害 作 用 主 要 原 因 是 壳 聚 糖 常 常 溶 解 在 酸 性 水 溶 液 中 进 行 应 用 57 此 外 壳 聚 糖 生 物 活 性 的 研 究 数 据 大 多 数 来 源 于 室 内 离 体 试 验 和 小 面 积 的 温 室 试 验 在 大 田 环 境 中 的 应 用 研 究 数 据 比 较 缺 乏 需 要 进 一 步 的 测 试 和 验 证 目 前 对 壳 聚 糖 以 及 壳 聚 糖 载 体 在 植 物 保 护 领 域 中 的 研 究 仍 停 留 在 实 验 室 规 模 进 入 工 厂 规 模 化 生 产 阶 段 的 农 化 制 剂 产 品 十 分 稀 少 距 离 直 接 供 给 农 民 使 用 还 有 一 定 的 距 离 因 此 我 们 需 要 更 为 深 入 的 研 究 通 过 制 剂 加 工 技 术 提 高 壳 聚 糖 制 剂 的 稳 定 性 消 除 对 作 物 的 副 作 用 同 时 应 更 加 注 重 对 低 成 本 和 利 于 规 模 化 生 产 的 壳 聚 糖 制 剂 的 制 备 工 艺 研 究 早 日 将 壳 聚 糖 和 壳 聚 糖 基 产 品 推 入 农 化 市 场 未 来 随 着 研 究 的 不 断 深 入 基 于 壳 聚 糖 的 农 化 产 品 一 定 会 不 断 涌 现 也 定 会 在 农 作 物 病 虫 害 绿 色 防 控 体 系 中 占 据 重 要 位 置 壳 聚 糖 凭 借 其 多 重 的 生 物 活 性 和 优 良 的 载 体 功 能 必 将 在 植 物 保 护 领 域 中 发 挥 更 大 作 用 参 考 文 献 1 PESHIN R DHAWAN A K Integrated pest management innovation development Process M Dordrecht Springer Netherlands 2009 2 FERN NDEZ L Leading countries in agricultural consumption of pesticides worldwide in 2019 DB OL 2021 09 27 2022 03 15 https www statista com statistics 1263069 global pesticide use by country 3 WAN N F JI X Y JIANG J X et al An eco engineering assessment index for chemical pesticide pollution management strategies to complex agro ecosystems J Ecological Engineering 2013 52 203 210 4 范 春 丽 刘 晓 娟 曲 金 柱 壳 聚 糖 涂 膜 处 理 对 山 楂 贮 藏 保 鲜 效 果 的 影