糖是指含碳、氫和氧的糖類，又叫做碳水化合物，它實(shí)際上還包括單糖、雙糖、多糖。葡萄糖、木糖、半乳糖和果糖等，其分子結(jié)構(gòu)中含有3~6個(gè)碳，屬于單糖；兩個(gè)單糖結(jié)合在一起就是雙糖，比如蔗糖、乳糖；由超過10個(gè)單糖分子聚合在一起的是多糖，比如淀粉、纖維素原、阿拉伯膠等。糖類物質(zhì)既是生物體細(xì)胞的組成成分，更是能量儲(chǔ)存的形式。所以，很多人都知道吃糖多或吃含糖多的食物容易長胖。

在自然界中，植物體中的纖維素和動(dòng)物體內(nèi)的甲殼素可謂是最豐富的糖類物質(zhì)。而且兩種多糖物質(zhì)的結(jié)構(gòu)都很復(fù)雜，都是與其它物質(zhì)結(jié)合在一起構(gòu)建并擔(dān)負(fù)著生物體的機(jī)械支持功能。

 昆蟲、螃蟹、蝦的外骨骼以及真菌細(xì)胞壁中含有大量的甲殼素，線蟲的卵殼中也含有甲殼素。在昆蟲、蟹蝦的外骨骼中，甲殼素與蛋白質(zhì)構(gòu)建成一個(gè)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，碳酸鈣沉積填充其中。我們知道，蝦蟹和昆蟲都是地球上種類與數(shù)量都非常巨大的生物群落。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年生物體生產(chǎn)的甲殼素有100億噸（2016年數(shù)據(jù)），海產(chǎn)品的加工廢棄物每年也達(dá)到幾百萬噸。其中大部分可以在農(nóng)業(yè)上可以被利用。

但人類對甲殼素的認(rèn)識(shí)和研究也是一個(gè)漫長的過程，盡管在沿海地區(qū)的農(nóng)民一直有把蝦蟹殘?bào)w作為植物有機(jī)肥加以利用的習(xí)慣，但直到1811年法國人Braconnot首先在蘑菇中發(fā)現(xiàn)了它，并命名為fungine（蕈素）。1823年另一個(gè)法國人Odier在昆蟲外骨骼中發(fā)現(xiàn)了它，命名為chitin（幾丁質(zhì)，也就是甲殼素，法國單詞為chitine,來自希臘單詞χι?ν（chiton），意為覆蓋）；1859年法國人Rouget用氫氧化鉀把甲殼素煮沸一段時(shí)間后洗凈，可以溶解在有機(jī)酸中；1894年一個(gè)叫Hoppe-seilerd的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)經(jīng)過氫氧化鉀煮沸的甲殼素已經(jīng)脫掉了乙酰基，變成了chitosan（殼聚糖）。

 甲殼素的分子量太大，不能溶解于水，殼聚糖相當(dāng)于蛋白質(zhì)解體后的初級產(chǎn)物--肽。但因?yàn)榻怏w和脫去乙酰基的幅度不一樣，也造成殼聚糖在分子量上往往有所不同，水溶性也不一樣。但殼聚糖分子中含有很不穩(wěn)定的糖苷鍵，科學(xué)家們借此把殼聚糖進(jìn)一步解聚成分子更小活性更強(qiáng)的寡聚糖物質(zhì)--殼寡糖。氨基寡糖素、甲殼寡聚糖是殼寡糖在農(nóng)業(yè)上應(yīng)用時(shí)采用的名稱。

 殼聚糖及其衍生的殼寡糖類物質(zhì)，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有廣泛的用途，既可以作為生物防治藥劑，也可以刺激植物健康生長，還可以修復(fù)污染物對土壤和植物造成的破壞。其基本作用如下。

一、直接拮抗有害生物：大量實(shí)驗(yàn)證明，殼聚糖及其衍生物可以通過破壞菌絲的內(nèi)膜，尤其是液泡，來直接拮抗植物病原真菌。特別對灰霉病菌、鐮刀菌和疫霉菌有效。但殼聚糖類生物制劑對細(xì)菌、病毒和線蟲的防控機(jī)制還沒有直接產(chǎn)生拮抗的證據(jù)，而是其它機(jī)制在發(fā)揮作用。

二、改善根際和葉周圍的環(huán)境平衡微生物種群，促進(jìn)植物開啟防御機(jī)制和生長：土壤中很多生物體都可以產(chǎn)生幾丁質(zhì)酶，這包括植物體、細(xì)菌、真菌等，幾丁質(zhì)酶則會(huì)分解真菌和昆蟲體內(nèi)的幾丁質(zhì)組織，破壞其結(jié)構(gòu)。給土壤增施殼聚糖類物質(zhì)促進(jìn)這些微生物的繁衍與活動(dòng)，這些微生物通過產(chǎn)生更多的幾丁質(zhì)酶、抗生素和毒素，或直接與有害生物競爭營養(yǎng)，或直接寄生，或激活植物防御系統(tǒng)等方式，增加了對有幾丁質(zhì)成分結(jié)構(gòu)的有害生物的防控水平。比如，枯草芽孢桿菌是一種常用于防治作物病害的生物細(xì)菌，當(dāng)把殼聚糖或其衍生物作為載體和枯草芽孢桿菌結(jié)合在一起施用的時(shí)候，可以更顯著的防治花生冠腐病和木豆枯萎病。殼聚糖及其衍生物還可以和木霉菌、白僵菌、蘇云金桿菌等生物菌包封在一起做成制劑，不但利于這些微生物制劑的儲(chǔ)運(yùn)（作為微生物的碳源和氮源），也能夠促進(jìn)它們的使用效果。

三、誘導(dǎo)植物產(chǎn)生對有害生物脅迫的防御反應(yīng)：植物體內(nèi)具有抵御有害生物脅迫的免疫系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)的鎖具就是細(xì)胞膜上的一種特異性蛋白質(zhì)，稱為幾丁質(zhì)激活劑結(jié)合蛋白（CEBiP）。一般情況下，植物在遭受到含有幾丁質(zhì)結(jié)構(gòu)的生物體攻擊的時(shí)候就會(huì)先釋放幾丁質(zhì)酶把幾丁質(zhì)分解成寡糖類，而這些寡糖類就是打開CEBiP的鑰匙，植物的免疫系統(tǒng)就會(huì)被開啟。

      當(dāng)CEBiP被打開以后，細(xì)胞就會(huì)通過茉莉酸在植物體內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)并傳遞信號，植物體立即做出一系列的免疫反應(yīng)，產(chǎn)生植物毒素、酚類、木質(zhì)素和萜類等物質(zhì)，其中，胼胝質(zhì)、木質(zhì)素和三萜類迅速沉積促使被病菌攻擊的組織形成壞死并與健康組織區(qū)割開來，也就是形成壞死性病斑，把已經(jīng)侵入植物某部組織的病菌給固定住。基于這個(gè)原理，可以用殼聚糖類產(chǎn)品處理植物體上的一些傷口使其加速愈合防止病菌感染。

      但是有一些有害生物菌，比如稻瘟病菌，也能夠同時(shí)釋放另一種蛋白（LysM蛋白1 ）來掩蓋幾丁質(zhì)的釋放，這就麻痹了植物細(xì)胞CEBiP，使其不能打開免疫系統(tǒng)。因此，在病菌攻擊植物之前就施用殼聚糖類物質(zhì)先淹沒掉病菌產(chǎn)生的幾丁質(zhì)蛋白，進(jìn)而刺激植物識(shí)別并打開免疫系統(tǒng)。

從上世紀(jì)80年代開始，許多研究發(fā)現(xiàn)甲殼素對控制植物病原線蟲上是有效的。但其機(jī)理目前還沒有完全確定。有人認(rèn)為是因?yàn)榧讱に卮龠M(jìn)了土壤微生物對線蟲卵的分解，有人提出是因?yàn)榧讱に卦谕寥乐蟹纸膺^中釋放了大量的氨，但都有被否定的案例。

四、促進(jìn)植物營養(yǎng)與生長：

1、促進(jìn)植物生長和提早成熟：已經(jīng)有大量實(shí)驗(yàn)證明，使用殼聚糖類物質(zhì)能夠促進(jìn)植物生長，甚至使植物提前開花成熟，但具體機(jī)制目前還不十分清楚；

2、提高植物抗旱能力：實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，殼聚糖類能夠誘導(dǎo)植物葉片上的氣孔關(guān)閉，在高溫干旱的時(shí)候顯著降低葉片的水分蒸騰量，達(dá)到節(jié)水抗旱的效果；

3、提高植物礦質(zhì)營養(yǎng)：甲殼素類物質(zhì)既含有豐富的碳，也含有6.1~8.3%的氮素，也含有很多的鈣。當(dāng)做為有機(jī)氮肥施用在土壤里面的時(shí)候，不會(huì)因?yàn)樘嫉炔缓线m造成植物缺氮。利用甲殼素中氮的穩(wěn)定性，可以作為控釋肥的包膜控釋材料，在低溫的冬季因?yàn)橥寥牢⑸锏幕顒?dòng)性差而控制肥料中無機(jī)氮素的釋放，既延緩了肥料的有效期，也減少了氮素的損失及對土壤和水源的污染。殼聚糖的陽離子性質(zhì)使其還可以作為其它礦質(zhì)營養(yǎng)的吸收介質(zhì)。殼聚糖上的羥基和氨基官能團(tuán)能夠與銅、鐵、鋅等離子形成配位化合物，但不能和堿性金屬鈣和鎂等結(jié)合。利用這個(gè)性質(zhì)，成本低廉的殼聚糖有望替代價(jià)格高昂的EDTA，輔助鐵營養(yǎng)的吸收和利用，同時(shí)利用殼聚糖的陽離子性質(zhì)還可以促進(jìn)土壤中的陰離子交換，從而提高硝酸鹽和磷酸鹽的利用率。

  總起來說，來源豐富成本低廉的甲殼素類產(chǎn)品在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用非常廣泛，但也存在著許多問題還沒有解決。比如目前以化學(xué)分解法生產(chǎn)方式，也同時(shí)帶來環(huán)境污染問題，但酶解法卻往往不能高比率的脫掉甲殼素中的乙酰基。這也造成不同原始材料和不同的降解工藝及其水平，最終生產(chǎn)出來的產(chǎn)品在功能上往往也存在著差距。也就是說，并不是所有的殼聚糖和殼寡糖產(chǎn)品都是理想的產(chǎn)品，且每一種產(chǎn)品具有一定的特異性，所以，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用的時(shí)候不要盲目地頻繁濫用，比如，即便知道殼寡糖是激活植物免疫系統(tǒng)的關(guān)鍵性因素，但也不能頻繁使用，那樣會(huì)反過來擾亂了植物的免疫機(jī)制，不利于作物的健康生長，因此在作物最關(guān)鍵的生長節(jié)點(diǎn)巧妙的使用才會(huì)有更好的效果。