保水剂新材料γ-聚谷氨酸的吸水性能和生物学效应的初步研究
环境友好型土壤保水剂聚γ-谷氨酸高吸水性树脂的制备的开题报告
环境友好型土壤保水剂聚γ-谷氨酸高吸水性树脂的制备的开题报告1. 研究背景随着人类社会的发展和城市化进程的加速，城市化及农业生产过程中土地的开垦、海拔下降等现象导致土壤脆弱化、容易流失、缺水干旱等问题。
尤其是在气候变化带来的温度升高、降雨不足等极端环境下，土壤持续干旱对植物的生长和发展造成了较大的影响。
因此，土壤保水剂作为一种能够提高土壤水分利用率、减少水分流失的重要材料，广泛应用于土地保护与农业生产、绿化工程等领域。
目前，市场上流行的土壤保水剂主要包括化学合成和天然吸水高分子两大类。
然而，化学合成土壤保水剂存在安全问题，在使用过程中会对人体和环境造成伤害；而天然吸水高分子则存在慢吸水、释放水分速度慢等缺点。
因此，本研究旨在制备一种环境友好型土壤保水剂——聚γ-谷氨酸高吸水性树脂，以提升土壤保水能力，实现对土地资源的高效、持续利用。
2. 研究内容本研究将采用单一的化学合成方法，制备出聚γ-谷氨酸高吸水性树脂。
聚γ-谷氨酸是一种天然高分子物质，具有良好的生物相容性、生物降解性和生物吸附性，因此在该材料的基础上进行改性，制备出吸水性能更为出众的高分子树脂，不仅能够在固体状态下具有优异的吸水性能，还具有优异的可重复使用性和环境适用性。
同时，本研究将通过多种物理化学手段对聚γ-谷氨酸高吸水性树脂的吸水性能及相关抗压、抗膨胀等性能进行测试，确保其能够满足实际应用要求。
最终，将进行实际场地试验，验证聚γ-谷氨酸高吸水性树脂作为土壤保水剂的有效性和实用性，并对其应用前景进行展望。
3. 研究意义本研究的成功将有助于提高土壤保水能力，减少水分流失，改善土地质量，从而提高土地的可持续利用性和生产力，并在一定程度上缓解城市化和气候变化对土地资源的负面影响。
与目前市面上的土壤保水剂相比，聚γ-谷氨酸高吸水性树脂具有生物降解性、安全环保、吸水性高等优势，具备广泛的应用前景。
同时，该材料也具有很好的适应性，可应用于不同类型的土壤中，有助于解决当今土地资源持续开垦和生产中所面临的水资源短缺、土地流失等环境问题。
γ-聚谷氨酸在农田系统应用的研究进展及展望
2022年5月灌溉排水学报第41卷第5期May 2022Journal of Irrigation and Drainage No.5Vol.411▪专家评述▪文章编号：1672-3317（2022）05-0001-07γ-聚谷氨酸在农田系统应用的研究进展及展望史文娟，王培华，林凤妹，李曼，王瀚（西安理工大学省部共建西北旱区生态水利国家重点实验室，西安710048）摘要：γ-聚谷氨酸（Poly-γ-glutamic acid ，简称γ-PGA ）作为一种新型的“环境友好型”高分子生物材料，由于自身良好的吸水性及缓释性，且其降解产物无毒、可食用，因此已经在化妆品、食品、医药卫生等领域得以广泛的应用。
近年来的研究证实γ-PGA 在农业领域也显示出其巨大的潜力和广阔的应用前景。
本文以γ-PGA 在农田系统的应用为切入点，重点总结分析了γ-PGA 对土壤理化生特性的调控作用以及保水保肥效果，评述了γ-PGA 对作物生长发育、养分吸收以及生理特性指标方面的影响，浅谈了γ-PGA 及其降解产物对土壤及作物的影响。
在系统分析和评价γ-PGA 在农田系统应用研究进展的基础上，提出了目前研究面临的挑战，并对其需进一步深入研究的问题进行了展望，为γ-PGA 在农田系统的进一步研究和推广应用奠定基础。
关键词：γ-PGA ；农业应用；研究进展中图分类号：S156文献标志码：Adoi ：10.13522/ki.ggps.2021612OSID ：史文娟,王培华,林凤妹,等.γ-聚谷氨酸在农田系统应用的研究进展及展望[J].灌溉排水学报,2022,41(5):1-7．SHI Wenjuan,WANG Peihua,LIN Fengmei,et al.The Application of Poly-γGlutamic Acid in Agriculture:A Review[J].Journal of Irrigation and Drainage,2022,41(5):1-7.0引言我国是一个农业大国，干旱缺水、水肥利用率低下以及土壤退化是制约农业发展的三大主要因素。
聚γ-谷氨酸(γ-PGA)的性质与研究前景
其载药效果影响非常大 ，会影响其对细胞或组织的
穿透 ｌ ！ 生。因此选 择特定 相对分 子 质量 在３ ０ － ５ ０ ｋ Ｄａ 的
一
根据其营养需求可分为谷氨酸依赖型和非谷氨酸依
赖 型２ 种。
Ｐ Ｇ Ａ 分子作为药物的缓释载体 ，使其既能选择性
生产菌种和环境不同， 一 Ｐ Ｇ Ａ 的生理功能亦会 有所差别 ：土壤细 菌 （ 主要是芽孢杆菌属 ，但不
１ ． ３ ｙ— Ｐ ＧＡ的理化性质
－
性金属离子 ，并因此增强其在极端环境 中的抗性 ； ＾ ｙ — Ｐ Ｇ Ａ 还可以作为细菌在迟缓期中的谷氨酸 的来
２ ． ３微 生物发 酵法
—
＾ ｙ － Ｐ Ｇ Ａ的相对分子质量通常在 １ ０ ５ － １ ０ ６ 范围
内，且会随菌种、培养基组成 、培养条件和其他一
些尚未知 的因素发生变 化 。 一 Ｐ ＧＡ ￣ Ｈ 对分 子质量 对
Ｐ Ｇ Ａ 主要 由芽孢杆 菌属 的细 菌发 酵生产 ，是
一
种胞 外 多肽 ，作 为某 种微 生物 荚膜 的主要成 分 。
中图分类 号 ：Ｔ Ｑ９ ２ ２ ＋ ． １
文献标识码 ：Ａ
文章编号 ：１ ０ ０ ７ － ５ ５ ０ Ｘ（ ２ ０ １ ６ ）１ ０ — ０ ０ ５ ２ — ０ ３
聚 一 氨酸 （ Ｐ ０ 一 一 Ｇ ｌ ｕ ｔ ａ ｍ ｉ ｃ Ａ ｃ ｉ ｄ ，＾ ｙ — Ｐ Ｇ ： Ａ）
１ ． １ ｙ— Ｐ ＧＡ的分 子结构
谷氨酸分子在 一 位和 一 位有２ 个－ Ｃ Ｏ ＯＨ 基
团，其均聚物有两种异构体 ：１ ３ ￣ 一 Ｐ Ｇ Ａ 和 一 Ｐ Ｇ Ａ 。
木 基金项 目：福州市 中学生科技创新大赛立项活动资助 （ ２ ０ １ ４ — ２ ０ １ ５） 。
聚谷氨酸(y-PGA)对土壤保水保肥能力的影响
聚谷氨酸（y-PGA)对土壤保水保肥能力的影响
聚谷氨酸保水保肥的秘密
聚谷氨酸作为保水剂，可减缓土壤水分下渗，降低土壤入渗能力，延长土壤蒸发历时，提高土壤持水保水性能。
随着γ-PGA 施量的增大，同一土壤吸力下土壤含水率增大；积水入渗条件下，γ-PGA 施加深度越浅、施加量越大，累积入渗量、入渗率、湿润锋运移越小；点源入渗下，施加γ-PGA 会阻碍垂直湿润锋运移，使水分聚集在土壤根系吸水层，同时可提高灌溉水利用效率。
此外，施加γ-PGA 后可降低土壤无效水量，显著提高有效水量，还可以改变土壤剖面水分的分布形态，使更多的水分蓄积在作物根区周围的土层区域，显著增加根系层附近土壤的蓄水量和土壤含水量。
γ-PGA 良好的持水保水能力正是源于其独特的吸水特性。
研究发现，γ-PGA 能吸收比自身重几百倍的水分，因此在土壤中吸水后，γ-PGA 可缓慢释放水分，保持土壤水分的持久有效性。
模拟渗透胁迫条件下，γ-PGA 在较高浓度中仍具有较强的吸水和保水能力，但在反复吸水和失水的过程中，γ-PGA 的分子链受到一定程度的破坏，吸水能力也随之降低，且随着吸水时间加长，降低幅度增大。
最新研究显示，制成吸水树脂使γ-PGA 保水能力更为显著，只要分子链未被破坏其吸水能力仍可恢复。
可见，
γ-PGA 可减缓土壤水分运动，有效提高土壤持水保水能力，这对于改善旱区砂性土壤区域的生态环境尤为重要，但其有效性也是需要研究和关注的问题。
聚谷氨酸神奇的肥料增效剂
聚谷氨酸神奇的肥料增效剂作者：新型肥料技术网查看原文聚谷氨酸（γ-PGA）成为现阶段最受人关注的生物制品之一。
γ-谷氨酸具有优良的水溶性、超强的吸附性和生物可降解性，降解产物为无公害的谷氨酸，是一种优良的环保型高分子材料，可作为保水剂、重金属离吸附剂、絮凝剂、缓释剂以及药物载体等，在化妆品、环境保护、食品、医药、农业、沙漠治理等产业均有很大的商业价值和社会价值。
聚谷氨酸γ–PGA既不是农药，也不是肥料，而是一种植物保健品、营养素，其之所以能促使植物增产，是由于它有如下特性：1、γ–聚谷氨酸有超强的亲水性与保水能力漫淹于土壤中时，会在植株根毛表层形成一层薄膜，不但具有护根毛的功能，更是土壤中养份、水份与根毛亲密接触的最佳输送平台，能很有效率的提高肥料的溶解、存储、输送与吸收，大大提高肥料的使用效率。
阻止硫酸根、磷酸根、草酸根与金属元素产生沉淀作用，使作物能更有效的吸收土壤中磷、钙、镁及微量元素，促进作物根系的发育，加强抗病性。
2、γ聚谷氨酸能平衡土壤的酸碱值γ-PGA对酸、碱具有绝佳缓冲能力，可有效平衡土壤酸碱值，改变长期使用化肥造成的酸性土质。
3、γ聚谷氨可结合沉淀有毒重金属对Ph+2、Cu+2、Cd+2、Cr+3、A1+3,As+4 等有毒重金属有极佳的螯合效果，经γ–PGA螯合后，农作物不能吸收，从而使农产品中不再有重金属残留。
4、γ聚谷氨可增强农作物抗性由于γ-PGA可整合植物营养、土壤中的水活成份，可以增强农作物的免疫力和生物活性，使作物根系发达，使小麦、水稻等作物分蘖明显增加，植株健壮，可增强抵抗由土壤传播的植物病原所引起症状的能力。
5、γ聚谷氨促进增产由于上述原因，在减少化肥使用量4 0—5 0%、降低农业生产总本的条件下，仍可使农作物普遍增产，茶叶、瓜果、蔬菜等农产品快速增产，增产量可达10-2 0%，大田作物增产量可达10%-15%。
生物发酵合成聚谷氨酸具有突出的优点，通过芽孢杆菌发酵，产物均为聚谷氨酸型、产物分子量高、生产条件温和、生成产物纯度较高，微生物发酵得到的聚谷氨酸分子量可达100KD～1000KD，相比于化学合成法制取成本也大大减少，是唯一适合工业化大规模生产聚谷氨酸的方法。
γ-聚谷氨酸水凝胶研究与应用进展
1
γ-聚谷氨酸水凝胶
由于 γ-PGA 侧链上大量羧基负电荷的排斥作
基金项目：国家自然科学基金项目(No. 31200719，21006072)；应用化学与生态染整工程浙江省重中之重学科开放基金项 目(No. YR2012014)； 天津市高等学校国家级大学生创新创业训练计划项目(No. 201210058036)； 天津市应用基 础及前沿技术研究计划(No. 11JCYBJC04400)；天津市应用基础及前沿技术研究计划(No. 14JCQNJC14200) *通讯作者： ：李政：lizheng_hx@；张健飞：zhangjianfei1960@ 收稿日期：2013-10-28；接受日期：2014-01-14；优先数字出版日期()：2014-01-16
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微生物学通报 Microbiol. China
2014, Vol.41, No.8
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定的温敏性能。而宋存江等[5]利用
Co-辐射交联
制备得到的 γ-PGA 高吸水树脂的吸水倍率更是高 达 1 400 倍，兼具一定的耐温保水性能和较强的耐 压保水性能。 针对 γ-射线照射的方法制备 γ-PGA 水凝胶的 方法已被大家熟知。 通过辐射交联得到的水凝胶具 有安全环保， 不引入其他产物等优点。 但是辐射法 对辐射条件要求苛刻，在 γ-PGA 较低浓度水平下 辐照产生的聚合物自由基的浓度偏低， 高分子自由 基被−OH 自由基和水分子去活化的几率大，使得 γ-PGA 的交联得率较低，甚至是不交联[6]。
[11]
能性。
2.2
γ-聚谷氨酸/多糖类复合凝胶
γ-PGA 可以与葡萄糖、 麦芽糖、环糊精等不同
。 Lee Y. H. 等
[12]
证明，单纯的
γ-聚谷氨酸应用研究进展
γ-聚谷氨酸应用研究进展摘要：γ-聚谷氨酸是一种绿色环保型高分子聚合材料，具有良好的吸附性、保水性和生物可降解性。
作为增稠剂、保湿剂、药物载体、肥料增效剂等应用于食品、日化、医药、农业生产和环保等众多领域，引起了国内外学者的广泛关注。
本文重点论述了γ-聚谷氨酸的应用方向，并对γ-聚谷氨酸未来发展方向进行展望，以期为进一步开发应用提供依据。
关键词：γ-聚谷氨酸；应用；展望γ-聚谷氨酸（γ-PGA）是由D-谷氨酸或L-谷氨酸聚合而成的一种天然多聚氨基酸，具有较好的保水性、可食用性和生物可降解性，无毒且能够生物降解，对人体和环境无害，应用范围非常广泛，极具研发和应用潜能。
γ-PGA是一种高聚物，随着对γ-PGA研究的不断深入，发现不同相对分子质量的γ-PGA的特性与功能有所差异，也有着不同的应用范围，下文总结了不同相对分子质量的γ-PGA的相关应用[1]。
1 在食品中的应用γ-PGA可以降解，因此能够作为食品添加剂，例如增稠剂，改善食品品质和保鲜防腐等。
γ-PGA还是一种优良的防冻剂，其性质优于常用的防冻剂。
相比于葡萄糖、无机盐等常用的小分子防冻剂，γ-PGA的味道更淡，对食品品质影响更小。
研究表明，γ-PGA能够促进细胞内钙离子的吸收，可以作为营养助剂，提升食品的商业价值。
2 在日化用品中的应用γ-PGA是一种高聚物，具有超强的吸水性和缓释能力，可以用于化妆品保湿剂。
γ-PGA的保湿效果优于透明质酸，在日本护肤品品牌中较常见。
此外，γ-PGA还被广泛用于制作湿巾、卫生巾等卫生用品，既可以保湿又对人体无害[2]。
3 在医学中的应用γ-PGA具有良好的亲水性，可其作为药物载体，提高药物的缓释性和靶向性。
γ-PGA本身可降解，对人身体无害，还可以降低药物的毒副作用，增强药物稳定性。
化疗药物会对病人健康细胞和癌细胞无差别破坏，将γ-PGA用于药物载体，可以提高载药量和稳定性，降低对人体的损伤[3]。
γ-PGA可以作为载体，用于疫苗研发γ-PGA还可以作为黏合剂，防止手术过程中的机体渗血。
γ-聚谷氨酸在农业应用中的研究进展
摘要 ： ｆ ｙ 一 聚 谷 氨 酸 作 为 一种 微 生 物 发 酵 产 物 ， 具 有 良好 的 水 溶 性 、 生物 降解性和 水解性 ， 且 可 以 食 用 。 目前 已 经在 食 品 、 化妆 品、 医 药和 农 业 等 多 个领 域 进 行 开 发 利 用 。着 重综 述 了 聚谷氨 酸在农业应 用（ 保 水剂 、 肥 料
自１ ９ ４ ２年 Ｂ ｏ ｖ ａ ｒ ｎ ｉ ｃ ｋ等 发 现 一 聚谷 氨 酸 作 为一 种发 酵产 物 能 自由地 分 泌 到培 养 基 中后 ， 人 们发 现 多 种 芽 孢 杆 菌 能 在 胞 外 积 累 ７ 一 聚 谷 氨 酸［ １ ］ 。２ Ｏ世 纪 ９ Ｏ年 代 以来 ， 国 内外 对 一 聚 谷 氨 酸 的微生 物 法 制 备 研究 越 发 活跃 。近 年来 ， 人 们 根据 一 聚谷 氨 酸独 特 的理 化 和 生 物学 特性 ， 不 断
副产 物 多 ， 且得率低ｌ ２ ］ ； ７ ～ Ｐ ＧＡ 多 由微 生 物 发 酵 法得 到 。 目前 发 现 的 ７ 一 Ｐ ＧＡ 生 产 菌 株 主要 是 芽 孢 杆菌 属 ， 包 括枯 草 芽孢 杆 菌 （ Ｂ ａ ｃ ｉ ｌ ｌ ｕ ｓ ． ｓ ｕ ｂ ｔ ｉ — ｌ ｉ ｓ ） 、 炭 疽芽孢 杆 菌 （ Ｂ ． ａ ｎ ｔ ｈ ｒ ａ ｃ ｉ ｓ ） 、 地 衣 芽 孢 杆 菌（ Ｂ ． １ ｉ ｃ ｈ ｅ ｎ ｉ ｆ ｏ ｒ ｍｉ ｓ ） 、 短小 芽 孢 杆菌 （ Ｂ． ｂ ｒ ｅ ｖ ｉ ｓ ） 、 耐热 芽孢 杆 菌 （ Ｂ． ｔ ｈ ｅ ｒ ｍｏ ｔ ｏ ｌ ｅ ｒ ａ ｎ ｔ ） 和 解 淀 粉 芽孢
Ｈｅ ｉ ｌ ｏ ｎ ｇ ｊ ｉ ａ ｎ ｇ Ａｇ ｒ ｉ ｃ ｕ ｌ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ