几丁质、壳聚糖及其衍生物来源和作用机制

几丁质是海洋甲壳动物的外壳和许多真菌细胞壁的组成成分，是由N-乙酰氨基葡萄糖通过β-1，4糖苷键连接形成的线性多聚糖。壳聚糖是几丁质的脱乙酰化的产物，而壳寡糖是壳聚糖的降解产物。几丁质和高分子量的壳聚糖溶解性很差，而低分子量壳聚糖和壳寡糖具有良好的水溶性，因此在农业生产得到广泛应用。几丁质、壳聚糖及其衍生物作为生物刺激素，可通过增加植物细胞渗透性来提高营养物质吸收，促进根系发育、提高植物光合作用、调节作物生长和诱导植物抗病性。另外，壳聚糖还能抑制土壤中病原菌的生长，同时可有效改善土壤团粒结构，进而提高作物的产量和品质。
几丁质及其衍生物可以诱导植物产生广谱抗菌性，阻止细菌侵入植物体内或直接杀死细菌，其主要的作用机理是通过诱导植物相关防卫基因的表达，使植物表现为细胞壁的加厚和木质化、胼胝质形成等，阻止细菌的侵入；几丁质及衍生物还可以诱导植物产生抗性蛋白和植保素等，抑制病原菌的生长。此外，几丁质尽管在提高种子发芽率和机体免疫力方面与壳寡糖相似，但是在营养物质的定向运输调控上是不同的。几丁质还能调节营养物质定向运输至果实、种子等处，能改善作物的品质。

壳寡糖是由几丁质经过生物酶催化和脱乙酰化加工得到的，结构为2～10个D-氨基葡萄糖以β-1，4糖苷键链接的低聚糖。与壳聚糖相比，壳寡糖的分子量低，水溶性较好，生物活性高。壳寡糖作为一类生物刺激素，能够诱导植物免疫系统使植物获得或提高对病菌的抗性及抗逆性。在目前的农药行业中有潜在的优势，在农业应用方面发展速度更快。壳寡糖通过调节植物基因的开启和关闭来调节体内相关激素及酶等物质的合成，进而来调节植物生理，可促进作物的根、茎、叶发育，表现为根系更为发达。与对照相比，用壳寡糖进行叶面喷施处理的小麦中脯氨酸、还原糖等低温抗性相关次生代谢物出现累积，叶片中叶绿素的含量增加，抗倒伏、抗旱、抗寒等抗逆能力的增强和光合作用强度的提高。