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腐殖酸、甲壳素、海藻酸、氨基酸概述及作用机理
2017-03-29

一、概述

腐殖酸广泛存在于土壤、湖泊、河流、海洋以及泥炭(又称草炭)、褐煤、风化煤中,是由生物(主要是植物)的残骸经过微生物分解和一系列地球化学过程而形成的有机质,是一类成分复杂的天然有机物质。腐殖酸是由芳香族及羟基,酚羟基等酸性官能团构成的高分子有机酸,具有良好的生理活性和吸收、络合、交换等功能。研究表明,不同来源、不同产地的腐殖酸在活性官能团含量上存在较大的差异。

 

甲壳素又名甲壳质、几丁质、壳蛋白、蟹壳素等,广泛存在于低等动物,特别是节肢动物(如昆虫、蛛、甲壳动物等)的外壳及低等植物(如真菌、藻类、酵母等)的细胞壁中,是一种天然的生物高分子,属线性多糖类。它在自然界的产量仅次于纤维素,据估计自然界每年生物合成的甲壳素达亿吨,远远超过其它氨基多糖,是地球上最丰富的有机物之一,也是世纪没有被充分利用的天然资源之一。甲壳素的学名为β(14)—2—乙酰氨—2脱氧—D—葡萄糖。尽管其分子结构中也含有少量的氨基葡萄糖链节(约为15%),但由于乙酰氨葡萄糖链节占多数,分子间和分子内存在有强烈的氢键。因此它的溶解性能很差,化学性质也不活泼。若将甲壳质分子中的乙酰基脱去,就转变为壳聚糖(chintosan),学名为(14)—2—氨基—2—脱氧—β—D—葡聚糖(Ⅲ)。由于壳聚糖分子中有游离的氨基存在,其溶解和反应性能都大为改善,故又常称为可溶性甲壳质。甲壳素不溶于水、稀酸、稀碱及一般的有机溶剂,能溶于诸如浓的无机酸等一些非常规溶剂,同时由此往往伴随着高分子链的降解。由于甲壳素来源丰富,制备简单,价格便宜,用途广泛,因此壳聚糖和甲壳素的开发应用受到国际社会的高度重视。

 

海藻是生长在海水这个特殊的环境介质中,所以它除了含有陆地植物所具有的营养成分之外,还含有许多陆地植物不可比拟的海藻多糖、甘露醇、酚类多聚物、甜菜碱、脱落酸、褐藻糖胶、氨基酸、蛋白质、吲哚有机酸族生长类、细胞激动族调节素(嘌呤类衍生物)、赤霉素族调节素及生物碘、钾、钙、镁、锰、钛等多种营养元素物质。海绿素是目前采用保护性工艺生产的无公害海藻类营剂,在英国被土壤协会批准用于有机农业。

 

氨基酸是一组分子量大小不等、含有氨基和羧基、并具有一个短碳链的有机化合物,是构建生物体的众多生物活性大分子之一,是构建细胞、修复组织的基础材料。从1820Braconnot发现了第一个蛋白质氨基酸—甘氨酸,到1933Rose等发现蛋白质的基本成分,整整花了113年。氨基酸是土壤中主要的有机氮化合物,占土壤全氮15%60% 的。土壤中的氨基酸主要来源于微生物、动植物及其代谢产物等。土壤中氨基酸的最初来源是固氨微生物,直接来源土是壤有机质的分解,这些有机质包括土壤中固有的有机质和外部加人的有机肥料(动植物残体)。氨基酸是土壤有机氮的重要组成部分,也是土壤微生物的重要营养源,土壤微生物在代谢过程中可以利用氨基酸为前体,通过生物途径合成植物生长调节剂,刺激植物的生长,调节植物的生理过程。

二、作用机理

腐殖酸是一种多功能的高分子化合物,含有羟基,醌基,羧基等活性基团,具有相当强的化学活性、生理活性和很大的内表面积,因此具有较强的吸附、交换、螯合、络合能力。腐殖酸对植物生长的促进机理主要是被吸收后能够促进植物对水分和无机养分的吸收,尤其是对植物呼吸作用的刺激,有人将它称为植物的“呼吸肥料”,通过促进呼吸作用,提高植物的碳水化合物的积累,从而促进植物的营养生长。马来酰肼(MH)进入植物体可导致尿嘧啶碱基突变,胡敏酸和黄腐酸能起到抗马来酰肼诱变的作用。腐殖酸和表面活性剂有相似的生理功能,能改善细胞膜脂质的相变特征,增加膜的流动性和渗透功能。

 

甲壳素促进作物生长的机理主要是通过提高作物的抗虫性和抗病性,植物体内含有一些甲壳质酶、壳聚糖酶,能够与植物病原菌或害虫外皮的甲壳质发生反应,杀灭病原菌和害虫,起到防病防虫的效果,甲壳素可以诱导植物根部分泌这种杀菌物质,还能激发有益菌种放线菌的生长和繁殖,使其在植物根部形成优势菌群,阻挡有害菌群的侵染,通过增加作物自身的防御能力达到防病防害的效果,从而保证了作物的健康生长。同时甲壳素具有双重调节作用,在高浓度时会抑制生长,低浓度时会促进生长,因此在施用过程中可根据实际需要通过控制浓度来达到促进生长或抑制旺长的作用。

 

海藻酸促进作物生长的机理是海藻中的海藻多糖、酚类多聚物、甜菜碱,具有促进植物体内有机物和无机物的上下输送导向,调节细胞的渗透作用,促进作物生长,诱发作物产生抗逆因子,提高机体免疫力活性,增加作物抗病性,对植物体内的一系列酶有保护作用。海藻中的内源激素主要含有t—玉米素、二氢玉米素、异戊烯腺苷嘌呤和t—玉米素核苷等细胞激动素,具有促进细胞分裂,细胞体扩大,打破种子休眠、促使萌发,解除顶端优势,促进侧芽生长,抑制衰老等作用。另外,还含有赤霉素及吲哚乙酸、吲哚丁酸等生长素,可打破休眠,促进植物生长,诱导开花;促进木质部、韧皮部细胞分化,刺激新根的形成,促进插条发根、调节愈伤组织的形态建成。海藻中还含有褐藻糖胶,具有抗病毒,消除自由基和抗氧化作用,提高免疫系统功能,调节增强植物免疫力,阻止植物对重金属及其他毒素的吸收,抑制肿瘤病毒细胞生长,促进健康细胞再生,保持循环系统的健康,提高保湿功能。甘露醇,具有参与机体的光合作用,调节机体营养渗透平衡。迅速修复愈合伤口,疏通植物受阻(伤)微管束。增强植物的免疫力,提高植物抗盐能力,维持细胞生存和促进生长分化的作用,  并且可明显促进离体单倍体细胞的自然加倍。有机碘,可促进生物氧化,调节蛋白质合成和分解,促进糖和脂肪代谢,调节水盐代谢,促进维生素的吸收利用,增强酶的活力,促进生长发育。碘化和氧化菌体蛋白的活性基因,并与蛋白的氨基结合而导致蛋白变性和抑制菌体的代谢酶系统。能杀死细菌、真菌、病毒和阿半巴原虫。同时,酚类多聚物、甜菜碱还具有驱虫和抗真菌功能。

 

氨基酸是构建生物机体的生物活性分子之一,氨基酸对植物的促进作用主要是作为有机氮源来提供养分,可以被植物直接吸收利用而不用消耗太多的能量,从而提高蛋白质合成水平,强化植物新陈代谢和光合作用,因此能提高植物生物量的合成,促进植物的营养生长。

三、甲壳素与腐殖酸共性

甲壳素是一类天然多糖类高分子化合物,化学结构与纤维素相似,能够激发种子萌发,促进作物生长,增加产量,并且具有一定的抗菌能力,能够通过影响土壤微生物来影响各种土壤酶活性,在农业中对作物和土壤环境都能带来有益影响。腐殖酸结构十分复杂,不仅能够改良土壤,而且能够修复土壤重金属污染和有机污染,其作用机理主要是通过本身的许多官能团和螯合基团发挥作用。甲壳素和腐殖酸均可提高土壤有益酶活性,增加有益微生物的数量,抑制有害微生物繁殖,改善土壤生态环境。


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