壳聚糖的抑菌作用及在农业中的应用只是课件
壳聚糖ppt课件
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4 水溶性甲壳素膜的透汽性和吸水性
水溶性甲壳素的透汽性与壳聚糖相比有明显 的提高，这主要是因为水溶性甲壳素的亲水性比 壳聚糖好，使得水分子很容易与膜发生吸附作用， 再通过水分子在膜内的渗透扩散，穿过水溶性甲 壳素膜。而甲壳素表现出较高的透汽性，主要是 因为甲壳素成膜时采用了氯化锂的二甲基乙酰胺 溶液作为溶剂，在氯化锂被水洗去的时候，在甲 壳素膜内形成了微孔结构，利于水分的通透。水 溶性甲壳素的溶解性较好，膜放入水中不长时间 就开始溶涨变形，最后被溶解。
酵母菌次之，而壳聚糖对真菌的抑制作用则相对较弱。
（6）晶体形状对壳聚糖抑菌性能的影响：
实验表明：具有高黏度和高脱乙酰度的β- 壳聚 糖的抑菌性能强于α- 壳聚糖，从而填补了壳聚糖抑菌性 能研究在该方面的空白。
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2 抑菌机理研究
在壳聚糖的抑菌机理和抑菌特性方面，不同的 研究者得出的结论却不尽相同。壳聚糖及其衍生 物的抑菌作用随着其自身和环境条件的改变而呈 现出不同的结果。
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在制备水溶性甲壳素的过程中，控制反应在均 相条件下进行是非常重要的。 反应中，将壳聚糖和 乙酸酐溶解在稀乙酸溶液中，并加入少量的吡啶增 加溶解性，确保反应在均相条件下进行。在反应的 过程中，为了防止局部反应剧烈引起凝胶化现象， 应先将吡啶、乙酸酐先后溶解于乙醇溶液中．再加 入到反应容器中与壳聚糖进行反应。由于该反应是 在均相条件下进行的，壳聚糖乙酰化的位置是随机 的，因此破坏了甲壳素的结晶并减弱了甲壳素分子 内及分子间的氢键作用，使甲壳素具有一定的水溶 性。与甲壳素均相条件下脱乙酰制备水溶性甲壳素 的方法相比，该方法具有操作简单、成本低，适于 大规模生产等优点。
壳聚糖的抑菌效果研究
第32卷第6期2012年12月 上饶师范学院学报J OURNAL O F SHANGR AO NOR MAL UNIVERSITY Vol 32,No 6Dec 2012收稿日期:2012-03-30基金项目:上饶师范学院2011年教学改革研究项目(201105)。
作者简介:叶利民(1975-),男,江西进贤人,硕士,讲师,主要从事微生物学教学与研究。
壳聚糖的抑菌效果研究叶利民,刘 翔(上饶师范学院,江西上饶334001)摘要:比较了苯甲酸和不同浓度壳聚糖对金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌、大肠杆菌、黑曲霉菌、苏云金芽孢杆菌等的抑菌效果。
研究结果表明,壳聚糖对以上五种菌均具有一定的抑菌效果,且抑菌效果好于苯甲酸。
壳聚糖对金黄色葡萄球菌和苏云金杆菌的最低抑菌浓度为0.125%,对大肠杆菌的最低抑菌浓度为0.25%,对枯草芽孢杆菌的最低抑菌浓度为0.5%,对黑曲霉的最低抑菌浓度为1.0%。
说明,金黄色葡萄球菌和苏云金杆菌对壳聚糖较敏感,黑曲霉对壳聚糖不太敏感。
关键词:壳聚糖;最低抑菌浓度;抑菌活性中图分类号:Q93.334 文献标识码:A 文章编号:1004-2237(2012)06-0085-04DOI:10.3969/j.issn.1004-2237.2012.06.018目前,由于价格低廉的优势,国内食品工业中使用最多的防腐剂仍然是苯甲酸钠和苯甲酸,但是苯甲酸类存在叠加中毒现象,在使用上有争议,而且在一些国家的进口食品中受到限制[1]。
随着人们生活水平的提高,广谱、高效、安全抗菌剂的开发应用受到了人们的广泛关注[2]。
壳聚糖(chitosan)是甲壳素(chitin)的一种重要衍生物[3],壳聚糖具有生物相容性、抗菌、环境友好和提取方便等优点,已在许多领域得到了广泛应用,包括废水处理、层析、抗菌材料、生物降解膜、药剂载体[4]。
目前,有关壳聚糖抗菌的研究较多,但大多局限在对植物病原菌[5-8]、金黄色葡萄球菌[9-11]和大肠杆菌[12]的研究。
壳聚糖的抗菌、诱抗和促生作用及在农业中应用综述
江苏农业科学 ２０１８年第 ４６卷第 １５期
胡举伟，刘 辉，马秀明，等．壳聚糖的抗菌、诱抗和促生作用及在农业中应用综述［Ｊ］．江苏农业科学，２０１８，４６（１５）：１－５． ｄｏｉ：１０．１５８８９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００２－１３０２．２０１８．１５．００１
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壳聚糖的抗菌、诱抗和促生作用及在农业中应用综述
基于目前壳聚糖在农业中的研究进展和现状，本文综述 了壳聚糖在植物病害防控（直接抗微生物活性和间接抗性诱 导）、植物生长调控以及采后果实保存中的作用。
收稿日期：２０１７－１２－０４ 基金 项 目：国 家 重 点 研 发 计 划 （编 号：２０１６ＹＦＤ０２２２４０５－７）；山 东 省
重点研发计划（编号：２０１６ＺＤＪＱ０７０１）。 作者简介：胡举伟（１９８８—），男，山东临沂人，博士，工程师，主要从事
壳聚糖的生产成本较低，同时壳聚糖还具有其他良好的 生物学特性，例如生物降解性、生物相容性和非致敏性。壳聚 糖容易被特异性和非特异性的酶降解，而且对人体呈现出低 毒性［２］。壳聚糖所具有的这些特性，使其在多个领域具有很 高的应用潜力，如美容、食品、生物技术、药理学和医学 。 ［３－４］
壳聚糖 壳聚糖
壳聚糖壳聚糖(chitosan)是由自然界广泛存在的几丁质(chitin)经过脱乙酰作用得到的，化学名称为聚葡萄糖胺(1-4)-2-氨基-B-D葡萄糖，自1859年，法国人Rouget 首先得到壳聚糖后，这种天然高分子的生物官能性和相容性、血液相容性、安全性、微生物降解性等优良性能被各行各业广泛关注，在医药、食品、化工、化妆品、水处理、金属提取及回收、生化和生物医学工程等诸多领域的应用研究取得了重大进展。
针对患者，壳聚糖降血脂、降血糖的作用已有研究报告。
目录质电荷密度增加，其结果必将导致其结构，性质和性能上的变化，至今壳聚糖稀溶液性质方面的研究都忽略了D.D值对方程的影响。
VANDUM等人曾研究了不同离子强度对壳聚糖在稀溶液中的分子尺寸和粘度的影响。
结果认为离子强度不同会改变无规线团的膨胀度进而改变分子尺寸和特性粘度，通过对不同D.D壳聚糖进行MARK-HOUWINK方程常数的测定，结果表明K,A值随D.D值的变化。
从而由MARK-HOUWINK方程常数K,A有规律地依赖于壳聚糖的脱乙酰度而变化，而且在相同分子量时，随着脱乙酰度的增加，壳聚糖在稀溶液中分子尺寸，特性粘度和扩张因子等增加，而特性比和空间位阻因子随着脱乙酰度的增加而减少。
从而在适用范围内的任意一个壳聚糖样品通过比较简单的特性粘度测量，即可计算其平均分子量，从而可积累一些基础数据用于进一步的研究工作。
由于壳聚糖和甲壳质具有高化学反应活性并且易于被一些化学试剂修饰，因此这方面的研究工作进行的较多，也取得了可喜的成果。
从而通过各种方法对壳聚糖进行了性质改良。
如壳聚糖多孔小珠，对重金属有螯合作用，也可以用于生物材料的固定化反应。
通过碘化卤化制备了壳聚糖移植共聚物。
卤化与碘化的方法主要进行壳聚糖功能集团的改造,其中碘化条件温和，并可以产生各种反应的前体。
该反应易于发生在C6位值上，另外用于制备阳离子移植共聚物。
其反应条件在室温和紫外光308NM处进行。
生物源农药壳聚糖的资源、特点及应用
农药按照来源可将其分为化学农药和生物源农药2大类，其中生物化学农药、植物源农药、微生物农药一般归属于生物源农药，也即平时称之为生物农药。
生物源农药在我国已有悠久的历史，也是最早应用植物源农药防治病虫害的国家之一；虽然生物源农药特性是药效偏低（与化学农药相比），其发展速度显得比较缓慢，但却是发展绿色农业重要的主力军。
生物源农药壳聚糖是甲壳素脱乙酰化处理的产物，壳聚糖的分子量为十几万至几十几，是迄今发现的唯一天然碱性多糖。
由于形成有序的大分子结构中大量2-氨基葡萄糖和部分2-乙酰氨基葡萄糖的存在，前者含量一般超过80%，其特殊的分子组成和结构赋予壳聚糖多种生物活性和功能，与甲壳素相比各种性能得以大大改观。
据文献报道，生物源壳聚糖具有杀虫、杀菌、调节作物生长、生物官能性和易于成膜等特殊性能，在农业中主要可以用作杀虫剂、杀菌剂、植物生长调节剂、农药缓释剂、果蔬保鲜剂以及可降解地膜和种子处理等应用；而使用的壳聚糖对作物无药害，对人畜无毒害、对环境无公害, 是一种对环境友好的、性能优良的生物源农药，具有广阔的应用前景。
壳聚糖已经在食品、医药、化妆品、其他工业方面使用都取得了一定的成果，在农业上则在近年来才得到应用。
壳聚糖是植物-病原体相互作用过程中的重要信号分子，不仅能抑制病原菌的生长，还能激活植物的多种抗病基因，诱导植物产生抗病性。
它作为植物体内的诱导物，能诱导各类植物产生抗性因子，有效地防治真菌、细菌和病毒性病害；同时又能有效地活化植物细胞，调节和促进植物生长，特别是对目前化学农药无法控制的某些农作物的特殊病害，如枯萎病、黄萎病和病毒病等，有明显而独特的效果，受到人们的关注。
1 壳聚糖的资源和制备壳聚糖（chitosan）是甲壳素的脱乙酰化处理的产物，是迄今发现的唯一天然碱性多糖。
甲壳素（Chitin）又名甲壳质或几丁质等，属于直链氨基多糖，分子式为（C8H13NO5）n，单体之间以β（1→4）甙链连接，分子量一般在106左右，理论含氨量6.9%。
壳聚糖抗菌喷剂原理
壳聚糖抗菌喷剂原理
壳聚糖（Chitosan）是从甲壳贝类壳中提取的多糖类化合物，具有多种生物活性，其中包括抗菌性质。
壳聚糖抗菌喷剂的原理涉及壳聚糖与细菌或真菌相互作用的多个层面。
以下是壳聚糖抗菌喷剂的一些原理：
1.抑制细菌细胞膜的功能：壳聚糖可以与细菌表面的带负电的细菌细胞膜结合，破坏细菌细胞膜的完整性。
这可能导致细菌细胞内部物质的渗漏，从而影响细胞的正常功能。
2.改变细菌的表面电荷：壳聚糖具有多个胺基和羟基官能团，使其具有正电荷。
这种正电荷的壳聚糖可以与带负电的细菌表面结合，改变细菌表面电荷，阻碍其与其他细胞或表面的黏附。
3.抑制生物膜形成：细菌通常通过形成生物膜来附着在表面并形成感染。
壳聚糖可以影响生物膜的形成，减缓或阻止细菌在生物膜上的生长和繁殖。
4.诱导凋亡：壳聚糖可能通过一些机制诱导细菌的凋亡（程序性细胞死亡）。
这可以减少细菌数量，从而降低细菌感染的风险。
5.抗氧化性：壳聚糖本身具有抗氧化性，可以帮助减少由于氧化反应产生的自由基，有助于细胞的保护和修复。
壳聚糖抗菌喷剂通常应用于农业、食品工业、医疗领域等。
在农业中，壳聚糖抗菌喷剂可用于作物保护，减少病原菌的感染。
在食品工业中，壳聚糖抗菌喷剂可以用于食品的防腐和保鲜。
在医疗领域，壳聚糖抗菌喷剂可能用于一些外科手术器械的消毒和预防感染。
壳聚糖在农业中的应用研究
壳聚糖在农业中的应用研究摘要首先介绍了壳聚糖的物理性质及化学结构，分析其在农业方面应用的优势；而后分别从壳聚糖在种衣剂、地膜材料、土壤改良剂、农药及肥料等农业方面的应用综合阐述；最后指出了壳聚糖在农业方面的应用研究将会向以下3个方面发展，即按照其分子量分布或者原料来源等的不同再进行分类研究、应用范围将不断扩展和细化、壳聚糖的衍生物亦将成为研究热点。
关键词壳聚糖；农业；应用壳聚糖（chitosan）是一种可再生的能源及工业原材料，其生产原材料甲壳素是地球上最丰富的有机物之一，在自然界中具有较高的产量，仅次于纤维素[1-4]。
据估计，每年自然界生物合成的甲壳素量远远超过其他氨基多糖，可达100亿t[5]。
甲壳素系列产品如甲壳质、壳聚糖、壳寡糖等可利用生物技术制取，即以低等动物特别是节肢动物（如昆虫、甲壳动物等）的外壳为基础原料，经过脱钙、脱乙酰基反应即可制得[6]。
1 壳聚糖的物理性质壳聚糖为白色或灰白色固体，略有珍珠光泽，为无定形半透明状态，由于制备方法不同，因而其相对分子量也不同，从数十万到数百万不等。
壳聚糖可溶于1%~2%稀酸溶液中，不溶于水，具有很好的成膜性、透气性、吸湿性，热稳定性差，无毒无味，在高温下会发生基因脱落和水解现象，同时也可发生生物降解[1]。
以上这些性质即可很好地说明其低毒、低残留性，王立华[7]和吴星娥等[8]在研究中指出，壳聚糖分解后的产品为肥力较高的有机物，因而可保证其在农业方面应用的优越性。
2 壳聚糖的化学结构壳聚糖是甲壳素经脱乙酰化处理后的产物，又称为脱乙酰基甲壳素，学名为（1，4）-2-氨基-2-脱氧-β-D-葡萄糖[9]，分子式为（C6H11O4N）n，其结构如图1所示。
壳聚糖是分子量为12万~59万bp的生物大分子，可在酸和体液中溶解，人体及其他生物体都可吸收壳聚糖。
因此，壳聚糖作为一种优质原料，可用于农业生产、食品加工以及保健品生产等[5，10-12]。
3 壳聚糖在农业中的应用壳聚糖及其衍生物的应用非常广泛，如化工、医疗、日用品及食品等领域。
壳聚糖杀菌的原理和作用
壳聚糖杀菌的原理和作用
壳聚糖（chitosan）是一种由甲壳类动物外骨骼中提取的天然聚合物，具有广泛的杀菌活性。
其主要原理和作用如下：
1. 破坏细菌细胞壁：壳聚糖具有极强的阳离子性，与微生物表面的负电荷进行吸附和结合，导致细菌细胞壁的丧失。
壳聚糖的多胺基团与细菌表面的酸性成分相结合，从而改变了细菌细胞膜的透性，进而导致细菌细胞内的物质外泄，最终细菌死亡。
2. 阻断细菌营养供应：壳聚糖可通过吸附和结合细菌表面的营养物质，如葡萄糖和氨基酸等，阻止细菌吸收和利用这些营养物质，从而限制了细菌的生长和繁殖。
3. 抑制细菌酶活性：壳聚糖对细菌内的多种酶具有一定的抑制活性，如蛋白酶、DNA酶等。
这些酶在细菌生理代谢和细胞分裂等过程中发挥重要作用，壳聚糖的抑制作用会影响这些酶的正常功能，导致细菌生理活动异常，进而导致细菌死亡。
4. 调节细菌代谢活性：壳聚糖能够影响细菌内的代谢途径，如抑制氧化还原酶活性、影响糖酵解和氧化磷酸化过程等，从而干扰了细菌的正常代谢活动，导致细菌的生长受限或细菌死亡。
总的来说，壳聚糖通过与细菌表面的负电荷吸附和结合、破坏细菌细胞壁、阻断营养供应、抑制酶活性以及调节细菌代谢活性等多种方式发挥杀菌作用。
它对包括细菌、真菌和病毒等在内的多种微生物均具有较强的杀菌活性，因此被广泛应用于医药、食品、农业和环境等领域的抗菌材料和药物研发。
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总之，壳聚糖及其衍生 物诱导植物产生广谱抗性的 方式多种多样，而且各种方 式可以同时存在，相互关联， 协同作用。
2. 壳聚糖抑制植物病害的机制
• 壳聚糖诱导植物产生广谱抗性的机制 • 壳聚糖对植物病原菌直接抑制作用的机制
2.1 壳聚糖诱导植物产生广谱抗性 的机制
植物对病害的防卫反应是由许多植物可诱导基因控制 的，外界刺激(如：病菌侵入或施用壳聚糖)可导致这些基因 的表达，从而在细胞内合成各种防卫蛋白来实现对病害的抗 性，这些防卫蛋白包括前边提到的PR蛋白、植物抗毒素、几 丁质酶、壳聚糖酶、 l，3-虫害侵入后，可在很短时间(1h)内 富集于细胞核内，与DNA很强的亲和，并可改变DNA的结构。 Wither等发现，当壳聚糖的侧链扭转后，能够进入DNA双螺 旋结构与DNA骨架上的氧形成氢键，从而影响植物细胞的基 因表达。这些研究均提示，壳聚糖诱导植物产生的对植物病 害的广谱抗性，可能是其激活植物自身特定的防卫蛋白基因 表达所致，但具体的机制还有待深入的探讨。
1.2 诱导木质素形成
木质素是植物维管组织次生细胞壁的主要组分，它本身抗 微生物的降解。大量研究证实，甲壳素和壳聚糖及其衍生物可 诱使植物在其受病菌侵染点周围木质化，形成一个物理屏障， 从而阻止或延迟病原菌的生长和向周围正常组织扩散，增强植
物的抗病力。Ba rL 用甲壳素的低聚体处理小麦伤口(每个伤口
一. 壳聚糖对植物病害的抑制作用方式 二. 在农业中壳聚糖的主要功能及应用 三. 研究现状与应用前景
一. 壳聚糖对植物病害的抑制作 用方式
• 诱导植物自身防卫反应、产生广谱 抗性
• 壳聚糖抑制植物病害的机制
1. 诱导植物自身防卫反应、产 生广谱抗性
• 诱导植物抗性蛋白的产生 • 诱导木质素形成 • 改变植物的酚类代谢 • 诱使植物产生愈创葡聚糖(callcse)、
用0.04 nag)结果表明，单体和二聚体几乎没有诱导木质化功能， 而四、五、六聚体则有明显的诱导木质素形成的作用。同时他 们的实验还证实，脱乙酰化的低聚体都无此作用，因此认为乙 酰基是甲壳素和壳聚糖诱导木质形成所必须的基团。
1.3 改变植物的酚类代谢
人们研究天然抗体时注意到：在植物的病菌 侵染点处，酚类(单宁.绿原酸等)物质大量积累。 酚类是杀菌性物质，又是木质素形成的前体， 所以植物体内酚类增多，不但自身可以抗病， 而且还可促使病原侵染处木质化，因而使植物 抗病能力增强。Ralph证实，壳聚糖诱导的大 豆细胞中酚类组成会迅速变化，如苯丙烷、香 豆酸和绿原酸等都明显增加。
二 .在农业中壳聚糖的主要功能 及应用
• 在农业中壳聚糖的主要功能 • 壳聚糖在农业中的应用
1.在农业中壳聚糖的主要功能
壳聚糖对植物适应性广，亲和性好，无毒无副作 用，对人畜无害，能够生物降解，在土壤中不板结土 壤，可缓慢降解为小分子碳水化合物，对环境无公害， 是一种优良的纯天然生态制剂。
• 促进根系生长 • 活化根际状态 • 缩节粗壮 • 杀菌能力 • 改良土壤 • 改善作物品质，增加产量 • 提高肥效 • 增强免疫能力
壳聚糖的抑菌作用及在农业中的 应用
在农业方面，利用壳聚糖为原料，采用
现代生物技术分解、提取并添加多种微量元 素(植物生长所必需)精制而成的肥料，因其在 农业方面所取得的良好效果，被人们誉为 “植物疫苗”。壳聚糖在农业生产应用中， 不仅能使作物长势好，植株健壮，光合作用 增强，而且在抗逆性、抗病虫害方面也表现 出明显效果，所以有稳定而显著的增收效果。 此外，壳聚糖对作物品质的改善和食品营养 价值和经济价值也提高有较大的意义。
2.2 壳聚糖对植物病原菌直接抑 制作用的机制
壳聚糖对许多植物病原菌的生长都有很强的 直接抑制作用。研究者认为，主要通过下面两种 机制实现：(1)由于壳聚糖为甲壳素的多聚阳离子 衍生物，所以它可与病原菌细胞表面的生物大分 子带负电的侧链相互作用，形成聚合物，可影响 病原菌进而抑制病原菌的生长；(2)壳聚糖还可直 接进入病原菌的细胞核，与DNA结合通过影响病原 菌的mRNA和蛋白质的合成来抑制其生长。
1.4 诱使植物产生愈创葡聚糖 (callcse)、增强植物细胞壁
愈创葡聚糖是一种富含 l，3-葡萄糖的多聚糖，植物受到 病原侵害时，常在细胞间沉积愈创葡聚糖，从而将受菌感染 的部位与正常的细胞分割开，与木质化一样，形成物理屏障。 另外，壳聚糖还可以使植物的细胞壁发生改变。Nieol等用壳 聚糖处理番茄，当镰刀菌(R ri．Ⅲ azysporum f．sp． redid~lycopersici)入侵时，番茄细胞壁显著加厚，胞 间被填塞，在病菌侵入处形成大量乳头状突起(papillae)，病 原菌被包埋在致密的颗粒状物质中，不能进一步扩散，而且 颗粒状物质中似乎还有杀菌物质产生，这样使植物对病原菌 产生了有效的抗性。
另一方面，壳聚糖可作为植物生长调
节剂，促进农作物产量提高，还可作为 土壤改良剂及用于收获后农产品的保鲜 等。尤其是其在抑制植物病害方面已逐 渐成为人们研究的热点。大量研究表明， 壳聚糖可以诱导植物产生广谱的抗性、 增强植物的自身防卫能力、抑制多种植 物病原微生物的生长，而且其无毒并可 为微生物降解，对环境不会产生污染。 这使其有可能作为一种新型的绿色农药 在农业生产中发挥重要的作用。
增强植物细胞壁
1.1 诱导植物抗性蛋白的产生
壳聚糖及其衍生物可诱导植物产生抵御病原物质的抗性蛋 白——致病相关蛋白PR(pathogenesis -related proteins) 。壳聚 糖所诱导的抗性蛋白主要为植物抗毒素(phtoalexin)、几丁质 酶(chitinase)、壳聚糖酶(chitosanase)和 1，3一葡聚糖酶( l，3 一glucanase)等。许多研究都表明，壳聚糖可诱导植株产生几 丁质酶、壳聚糖酶和 l，3-葡聚糖酶，这些酶的底物是真菌细 胞壁的主要组分，几丁质酶特别是在与1，3-葡聚糖酶的共同 作用下可在体外抑制真菌的生长。壳聚糖诱导出的几丁质酶、 壳聚糖酶和l，3-葡聚糖酶彼此之间还有协同效应，以致抗菌 作用更为明显。