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生物农药壳寡糖应用研究

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摘要:生物农药是指用于防治农作物的病虫草等有害生物、具有农药特性的生物活体及其产生的生理活性物质和转基因产物,包括微生物农药、农用抗生素、植物源农药、生物化学农药、转基因生物农药和天敌生物农药。与传统的化学农药相比,生物农药具有环境兼容性好,来源广泛;不易产生抗性,易于保护生物多样性;对人畜和非靶标生物安全等优点。因此,开发高效生物农药对农业可持续发展、维护生态环境、保护人类健康具有极其深远的意义。本文就生物农药壳寡糖在大田作物、经济作物、水果蔬菜及畜禽病虫害防治方面的应用研究进行介绍,指出生物农药壳寡糖的发展前景。

关键:生物农药;壳寡糖;环境兼容;可持续发展

病原菌感染是引起农作物病虫害、造成作物减产的重要原因,甲壳素酶对病原真菌具有抑制生长作用,壳聚糖/壳寡糖在植物中是激活甲壳素酶的诱导物[1]。此外,作为植物营养物及植物生长调节剂,甲壳素及其衍生物可以促进植物细胞活化,刺激植物生长发育,能对真菌、细菌、病毒及害虫产生毒性,从而诱导植物启动防御系统,刺激有益微生物的生长和活性[2,3]。另外,壳聚糖可以形成屏障膜,螯合矿物质及营养物,将其同病原体隔离,并且阻止病原体中真菌霉素的释放。因此,甲壳素衍生物尤其是壳聚糖/壳寡糖可以作为生物农药,在促进植物生长、农作物防病虫害和抗病等方面具有重要作用,可广泛应用于大田作物、经济作物、水果蔬菜及畜禽的病虫害防治。

一、大田作物

水稻的两种主要病害是稻瘟病和纹枯病,病虫暴发在世界范围内每年可造成水稻上亿公斤减产,甚至可以造成50%产量损失。研究3种不同脱乙酰度壳聚糖(85%、75%、92%)对水稻纹枯病菌的抑制效果,结果推测壳寡糖结合到质膜上并激发多种防御反应的诱导子,参与植物防御[4]。胡健等[5]以不同分子量的壳寡糖作为水稻生长诱导剂,试验表明:对供试水稻品种叶片的几丁质酶的诱导作用,不同相对分子质量的作用效果是不同的,苗期的诱导速度要快于抽穗期的诱导速度。不同水稻品种对纹枯病的抗性,壳寡糖几丁质酶的诱导能力也不同,无论是苗期还是抽穗期,抗病能力强的水稻品种,几丁质酶的诱导水平也高。

二、经济作物

Davydova等[6]研究了几丁质寡糖在大豆细胞膜上的结合位点。赵龙杰[7]研究壳寡糖衍生物在非系统侵染型(心叶烟)烟株中对感染烟草花叶病毒烟叶的枯斑抑制效果。壳聚糖在植物病虫害防治应用中具有较强的杀虫活性。用壳聚糖处理烟草能显著降低由烟草坏死病毒引起的伤口大小。同样,壳聚糖能抑制由烟草花叶病毒引起的局部伤口坏死。陆引罡等[8]以化肥、微量元素及防腐剂等成分为辅料,以壳寡糖为基本成分,混合调制成较稳定的胶体溶液,再进行拌种,发现其可促进油菜生长,提高壮苗率,但是对油菜种子发芽和出苗均无显著影响,但壳寡糖拌种可明显抑制油菜菌核病。任明兴等[9]用分子量3000的壳寡糖喷施茶树叶面,表明壳寡糖对提高茶树的抗逆能力具有潜在的调节作用。刘弘等[10]用50mg/L壳寡糖喷施早熟梨,可明显增强树势,提高其抗病能力,促进其生长,减少落果,防止梨树早期落叶。何培青等[11]用壳聚糖处理番茄叶片,处理后叶片中叶绿素含量明显高于正常接菌植株。

三、畜禽、水产养殖

壳寡糖具有多重生理功能,能促进农作物免疫增强、抗菌、抗炎等,在水产和畜禽动物营养中,目前已开始应用并有望成为抗生素的绿色替代品,实际效果日益受到广泛关注。作为饲料添加剂,壳寡糖可改善畜禽和水产动物的活体机能,提高机体免疫力,具有抗菌、抗炎的药效功能。林等[12]研究鲤鱼日粮中添加2g/kg壳寡糖,可显著提高其特定生长率。刘含亮等[13]研究了日粮中添加200~400g/kg壳寡糖,可显著增强虹鳟白细胞吞噬率、吞噬指数及血清和肝脏溶菌酶活性,提高血清中总蛋白、白蛋白、球蛋白水平以及虹鳟增重率和蛋白质效率,降低饲料利用率。罗等[14]研究表明,日粮中添加40g/kg壳寡糖能显著增强虹鳟吞噬能力,降低血液中皮质醇水平,从而发挥抗菌和抗应激作用。已有研究结果表明,不同浓度壳寡糖的添加对吉富罗非鱼幼鱼的生长、非特异性免疫功能以及血脂指标均有影响[15]。孙立威等[16]研究虹鳟幼鱼肠道菌群受壳寡糖的影响,结果显示肠道菌群的多样性降低,其中肠杆菌科和假单胞菌属减少或消失了。能利用壳寡糖作为唯一碳源的菌株数量受到壳寡糖及其浓度的影响。抗感染试验结果表明,壳寡糖能提高虹鳟幼鱼抗嗜水气单胞菌感染的能力。在肉仔鸡生长性能受壳寡糖与抗生素(金霉素)影响的对比效应研究中,游金明等[17]在肉仔鸡日粮中添加一定量的壳寡糖,具有较好的促生长效果,并能用于替代肉鸡日粮中的金霉素。周等[18]研究发现,日粮中添加14g/kg或28g/kg壳寡糖,可增加血液中红细胞数量和高密度脂蛋白胆固醇浓度,降低肉鸡胸部脂肪含量,从而提高鸡肉品质。日粮中添加250g/kg壳寡糖可降低肉鸡血液中低密度脂蛋白胆固醇浓度,而对高密度脂蛋白胆固醇无影响[19]。在日粮中添加壳聚糖对断奶仔猪生长发育的影响是良性的。王[20]研究肠道菌群结构中大肠杆菌致病菌、乳酸杆菌的对乳酸和戊酸浓度变化判断营养物质的消化率。严[21]通过断奶仔猪血液中淋巴细胞总数,推断其可以降低排泄物中大肠杆菌数量,以此判断营养物质的消化率。陈等[22,23]在日粮中添加壳寡糖能提高断奶仔猪第2饲养阶段或全期的平均日采食量、平均日增质量、干物质和氮的表观消化率,并与壳寡糖添加水平呈正相关。目前,壳寡糖的研究主要集中在单胃动物上,在反刍动物上的研究国内外鲜见报道[24-26]。随着我国生物技术水平的不断提高,我国各级政府对生物农药的创制与研究开发日益高度重视,给予广泛的支持。通过国家科技部“863”计划项目、各级各类省级的专项资助,在生物农药资源的挖掘、新剂型的研发、产业化示范推广、不同生物农药标准的制定等方面投入大量资金援助,这对于推动我国生物农药创新、推广与应用奠定了坚实的基础,促成了多种新型生物农药创新并得到实际应用,对生物农药产业有着不可估量的前景[27]。

作者:周佳麟 陈咏梅 吴旭乾 陈春霞 金学平 单位:武汉软件工程职业学院

生物农药壳寡糖应用研究责任编辑:张雨    阅读:人次