By:Mohamad Hesam Shahrajabian, Spyridon A. PetropoulosDepartment of Agriculture, Crop Production and Rural Environment, University of Thessaly, Fytokou Street, 38446, Volos, Greece.*Correspondence:spetropoulos@uth.gr, hesamshahrajabian@gmail.com
壳聚糖等生物聚合物是一组生物刺激剂,据报道具有有益的特性,在园艺作物上有多种应用。特别是壳聚糖是由甲壳素脱乙酰化后产生的,由于对作物有有趣的影响,在过去几十年中成为研究的重点。它是从海鲜壳中商业化生产的,其主要应用与植物对病原体的防御有关,因为它可以诱导产生对病原体的保护分子。它被认为是一种有前途的去除污染物的材料,是一种环境、生态友好和多用途的聚合物,在农业、美容、食品、造纸、制药和纺织业等各个领域都有广泛的应用,并且可以与许多其他聚合物和元素相结合,在植物生产系统中使用。据报道,生物刺激剂的活性主要与光合作用的增加、对干旱、盐度和极端温度压力的耐受性以及抗氧化酶的活性增加有关。另一方面,低聚壳聚糖具有大于3个但小于10个的糖基(N-乙酰葡糖胺或葡糖胺)残基,通过化学或酶法水解壳聚糖获得。
壳聚糖可能有几种应用,可以总结为以下几点。
应用模式。
图1.甲壳素和壳聚糖
然而,考虑到壳聚糖是一种生物聚合物,由不同的脱乙酰化和聚合度的化合物组成,市售产品的成分有很大的差异,这也可能导致对农作物的不同影响。
以下是壳聚糖在蔬菜作物中应用的一些例子。
文献报告表明,在普通豆类植物上叶面施用锌与腐植酸和壳聚糖的结果并不一致。此外,发现施用壳聚糖有利于莴苣和西红柿植物的生长,并增加了菠菜叶中植物化学防御性代谢物的含量。然而,有证据表明,散装壳聚糖在以非最佳浓度施用时与根系生长抑制有关,因此有人建议采用替代形式,包括对农业使用更安全的壳聚糖微颗粒和纳米颗粒。
此外,壳聚糖已被用于减轻水胁迫的负面影响,并增加园艺作物的保质期,如罗勒、莴苣、菠菜、番茄和辣椒等等。就罗勒而言,它还可以改善遭受干旱胁迫的植物的总酚和抗氧化活性,而叶面施用乳酸壳聚糖可以促进生物活性物质的积累或增加抗氧化酶的活性,增强光合作用和植物生长。在另一项研究中,有报告称施用壳聚糖可以促进洋蓟种子的植物生长,并诱导真菌污染的明显减少。壳聚糖可能参与防御反应酶的合成或刺激黄瓜植物的植物激素。在普通豆中,正常或延迟播种的产量增加,而使用由海藻酸/壳聚糖组成的纳米载体能有效促进叶面积以及叶绿素和类胡萝卜素的水平。壳聚糖纳米颗粒对食源性病原体也很有效,它们提高了鲜切甜椒的保质期。就茄子而言,纳米复合材料可以提高杀线虫活性和植物的系统免疫反应,而纳米颗粒与吲哚-3-乙酸的负载可以增加水培生菜植物的生长。纳米壳聚糖可以提高传统肥料的效率,促进洋葱的每喂养净收益,而壳聚糖/聚丙烯酸水凝胶纳米颗粒刺激了洋葱球茎的产量、植物生长和营养含量。100或125 mg/L的壳聚糖叶面喷施可在秋葵生长早期获得更高的产量,而结缕草提取物和壳聚糖的组合主要通过上调信号通路调节茉莉酸和水杨酸来抑制豌豆白粉病。施用壳聚糖可以显著提高马铃薯植株的根系鲜重和干重,而叶面喷洒壳聚糖与腐植酸可以使块茎产量和产量成分达到最高值。壳聚糖(75毫克/升)和低聚壳聚糖(50毫克/升)可以增加植物生长,诱导马铃薯抗旱的防御机制,并刺激对病原体的抵抗力。同样,壳聚糖在番茄植株上的处理对病原体的控制有积极作用,而与水杨酸联合应用可提高果实产量。壳聚糖与螯合铜结合在番茄作物上对与病原体有关的酶的激活效率高于壳聚糖或铜的单独作用,而壳聚糖+堆肥+菌根真菌的应用提高了番茄的生长。
总之,研究结果表明,壳聚糖可作为园艺作物的生物刺激剂。然而,考虑到商业产品成分的巨大差异,关于其对园艺作物的影响,观察到了截然不同的结果。因此,需要更多的努力来规范工业生产过程,并提供有关壳聚糖产品成分的详细信息。这将为评估壳聚糖在农业部门的影响创造一个共同的基础,同时它将有助于揭示作用机制和涉及的生理过程。此外,还做出了重大努力,从其他来源获得壳聚糖,如真菌衍生的壳聚糖提供了替代和生态友好的工具,在压力条件下提高蔬菜作物的产量和质量。
鸣谢。本文由欧盟欧洲区域发展基金和希腊国家基金通过 "竞争力、创业和创新 "业务项目共同资助,项目编号为:RESEARCH - CREATE - INNOVATE(T2EDK-05281)。
(1) Petropoulos, S.A. 2020。植物生物刺激剂在温室蔬菜作物生产中的实际应用。农学》10(10)。1569.https://doi.org/10.3390/agronomy10101569
(2)Pichyangkuraa R., Chadchawan S. 2015。壳聚糖在园艺中的生物刺激剂活性。Scientia Horticulturae 196:49-65.http://dx.doi.org/10.1016/j.scienta.2015.09.031