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甲壳素在农业上的研究进展

 

    甲壳素有广谱抗菌性。研究表明,甲壳素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。甲壳素农药在作物发病前使用能获得最佳效果。应用甲壳素农药对炭疽、疫病、病毒、枯黄萎、根腐等病害均可预防并直接控制。当植物遭遇其它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,在棉花上施加甲壳素可以减少土壤中的病菌的数量,并且具有持续效果。用甲壳素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)叶片上喷洒或注射甲壳素可保护植株不受病毒的侵染。赖凡等观察到不同浓度的甲壳素对小麦赤霉病菌、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,并且甲壳素还可以抑制灰霉病菌和甘薯软腐病菌孢子的萌发。以甲壳素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3040倍,产量增加13-23%;西红柿苗浸种或喷雾甲壳素或在生长基质中加入甲壳素可诱导西红柿对根腐病的抗病性;黄瓜水溶液中加入甲壳素可控制由腐霉菌引起的猝倒病。李宝英等用甲壳素拌种,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着延缓尖孢镰刀菌引起的萎蔫症状。

在植物病原菌与寄生植物之间,甲壳素对植物病原菌的孢子萌发和生长有阻碍作用,并对病原菌感染的防护机能有诱导作用。在25度时分别以0.1%1%甲壳素溶液浸泡棉花组织细胞,结果表明,随着甲壳素浓度、脱乙酰基度的增加,其抑制作用增强,1%甲壳素能抑制90%病原菌的生长。0.4%的甲壳素溶液喷洒烟草,10天内可减少烟草斑纹病毒的传播;喷洒0.1%的甲壳素可阻止豆科植物免遭受病原菌的侵染,菜豆将减少由苜蓿花叶病毒造成的损伤;浸种处理,可使小麦纹枯病发病率降低30%50%,大豆根腐病发病率降低42%;种子处理可防治水稻胡麻斑病、花生叶斑病和埃及豆萎蔫病;芹菜苗用2550μg/ml甲壳素浸根可防治尖孢镰刀菌引起的萎蔫症;番茄浸根或喷施可防治根腐病;

     经常使用甲壳素的作物还较少发生虫害。在昆虫刚孵化成幼虫时用甲壳素农药效果最好。甲壳素农药对各种蚜虫均有明显的触杀作用,蚜虫触药后412小时即死亡。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。

甲壳素可作为药物缓释剂,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,甲壳素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。甲壳素作为种子处理剂用量少、成本低廉、无毒副作用。利用甲壳素的抗菌能力和改善土壤的作用,可将甲壳素及其衍生物和其它一些物质共同用做土壤改良剂。

     甲壳素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,甲壳素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。

     施用甲壳素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。譬如甲壳素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,这是因为甲壳素可以激活、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。用甲壳素处理粮食种子可增产515%;用于果蔬喷灌等可增产2040%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,甲壳素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。

目前已报道甲壳素可诱导防治的农业主要病害

      甲壳素对细胞壁为几丁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;西红柿褐色根腐病、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。

甲壳素在山东省农业病虫害防治中的应用情况

⑴、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%

⑵、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%

⑶、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%61.81%,防效显着高于对照药剂的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%均显着高于对照药剂37.38%

国内甲壳素已登记推广产品及厂家情况

⑴、台湾利统公司卡多敏:甲壳素含量2%

⑵、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%,西红柿晚疫病防效达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%。此外对其它水果、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

⑶、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%

⑷、其它甲壳素类产品:施壮、聚糖果乐、黑星210.5%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。