摘 要 目前，合成類殺蟲劑和殺真菌劑的濫用造成了嚴重的環(huán)境污染。而幾丁質(zhì)酶有潛在的抗含幾丁質(zhì)的病原體的特性，因此在農(nóng)業(yè)方面應用前景廣泛。綜述了在幾丁質(zhì)酶抗植物病原真菌、殺蟲、抗細菌和果蔬采后病害的防治等方面的應用研究情況。在此基礎上，對幾丁質(zhì)酶在生物農(nóng)業(yè)上的應用前景進行了展望。

關鍵詞 幾丁質(zhì)酶；生物防治；農(nóng)業(yè)；應用研究

中圖分類號：Q814.9；S476 文獻標志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2017.1.014

知網(wǎng)出版網(wǎng)址：http：//www.cnki.net/kcms/detail/50.1186.s.20170123.1758.023.html 網(wǎng)絡出版時間：2017-1-23 17：58：00

如今，控制害蟲和植物疾病最常用的方法是使用化學試劑，但是這給環(huán)境造成了巨大影響。幾丁質(zhì)是一種天然多聚物，是寡聚體N-乙酰葡糖胺由β-1，4-糖苷鍵連接而成的，幾丁質(zhì)廣泛存在于昆蟲等甲殼類動物的外殼、軟體動物器官以及多數(shù)真菌的胞壁中。幾丁質(zhì)酶是一種能夠?qū)锥≠|(zhì)水解成N-乙酰葡糖胺的糖苷酶[1]，它作為一種天然溶菌酶類，在抗植物病原真菌、殺線蟲作用、抗細菌以及果蔬采后病害等的生物防治方面都有應用，再加上它具有可誘導性、安全無毒副作用[2]等特點，在農(nóng)業(yè)上的應用范圍正在不斷擴大。

1在抗植物病原真菌方面的應用

由真菌病原體引起的植物疾病使全球重要的農(nóng)作物損失巨大。傳統(tǒng)的合成殺菌劑對人體健康和環(huán)境有明顯的不良影響。而大多數(shù)真菌的細胞壁都含有幾丁質(zhì)，幾丁質(zhì)酶可以通過破壞植物病原真菌的細胞壁使其受損死亡[2]，即幾丁質(zhì)酶可以殺死一些真菌，且不良影響較小。

已有研究表明，微生物幾丁質(zhì)酶能夠用于防治由植物病原真菌引起的糧食作物病害。如Karin等人發(fā)現(xiàn)蘇云金芽孢桿菌BUPM255的培養(yǎng)基上清具有高抗真菌A. niger活性；還報道了一種分離自蘇云金桿菌無性系種群的純化幾丁質(zhì)酶，它表現(xiàn)出了對6種植物病原真菌細胞壁的溶解活性，并對鐮刀菌（Fusarium sp.）等的菌絲生長有抑制作用[3]。

Roberts等人報道了幾丁質(zhì)酶對煙草赤星病菌（Alternaria alternata）、尖孢鐮刀菌（Fusarium oxysporum）、腐皮鐮孢霉菌 （Fusarium solani）和葡萄孢菌（Botrytis cinerea）都具有抗真菌活性。除此之外，通過從有病理癥狀的黃瓜葉片、草豌豆、馬鈴薯和番茄分離致病性真菌，發(fā)現(xiàn)放線菌幾丁質(zhì)酶對侵入花園植物的真菌也具有抗真菌活性。

Swiontek等人報道了枯草芽孢桿菌BG-11產(chǎn)生的幾丁質(zhì)酶與通常所用的殺真菌劑和殺蟲劑非常兼容。腸桿菌屬（Enterobacter sp.）產(chǎn)生的幾丁質(zhì)酶抑制串珠鐮刀菌（Fusarium moniliforme）、黑曲霉（Aspergillus niger）和根霉菌（Rhizopus nigricans）的生長。鏈霉菌屬M-20的幾丁質(zhì)酶對葡萄孢菌（Botrytis cinerea）也有一定的抗真菌活性[4]。

2在殺蟲方面的應用

Rajamanickam報道用幾丁質(zhì)酶處理過的葉子喂食斜紋夜蛾幼蟲，并用于生物鑒定，組織學研究表明：幾丁質(zhì)酶處理的幼蟲腸道、圍食膜和上皮細胞的形成都明顯受到影響。從枯草芽孢桿菌分離得到的幾丁質(zhì)酶有效地降低了腸道酶的活性，并抑制了斜紋夜蛾的生長[5]。Kunert等研究了用純化的幾丁質(zhì)酶CHI43、純化的蛋白酶P32以及2種酶的結合來處理Globbodera pallida的卵表面，確定了酶對蟲卵的效應。用CHI43處理后，蟲卵表面出現(xiàn)傷痕，用P32處理后，表現(xiàn)出輕微的蛻皮。用2種酶組合處理后，出現(xiàn)傷痕和更多明顯的蛻皮。未經(jīng)酶處理過的蟲卵表面光滑。Maria等人證明，幾丁質(zhì)酶參與線蟲卵殼的破裂。線蟲的卵是唯一含幾丁質(zhì)結構的卵，它易被寄生在卵上的真菌攻擊。一旦真菌接觸到線蟲的卵，真菌會迅速生長，其分泌的幾丁質(zhì)酶會黏附和侵入卵內(nèi)，侵染效率可高達70%，最后使線蟲逐漸死亡[6]。

有些植物幾丁質(zhì)酶抗蟲性表現(xiàn)得不明顯。原因可能是，植物幾丁質(zhì)酶的最適pH 值一般為4～6，而昆蟲腸道中的pH呈堿性，這就使得那些食草性（食植性）的昆蟲能夠適應植物幾丁質(zhì)酶而不被其降解[7]。

3在抗細菌方面的應用

一般來說，幾丁質(zhì)酶不能夠殺死細菌。但有研究發(fā)現(xiàn)，幾丁質(zhì)酶的classⅢ類除了能夠降解幾丁質(zhì)外，還有溶菌酶的功能，這類幾丁質(zhì)可以分解細菌細胞壁上的肽聚糖，對細菌產(chǎn)生一定的抗性。已有報道克隆出了具有2個結合域的幾丁質(zhì)酶基因，其編碼的幾丁質(zhì)酶對大腸桿菌有一定的毒害作用，而這種幾丁質(zhì)酶基因是在芥菜中找到的[8]。

4在果蔬采后病害防治上的應用

果蔬采收以后在貯藏、運輸過程中容易受到病原微生物侵染而引起病害，造成重大的經(jīng)濟損失。已有研究證明，幾丁質(zhì)酶可以防治這種果蔬采后病害引起的腐爛。Tabaeizadeh等人發(fā)現(xiàn)幾丁質(zhì)酶能有效地抵御番茄枯萎病真菌對番茄的侵染；Antonio Ippolito等觀察了蘋果在采后貯藏期間腐爛情況，發(fā)現(xiàn)蘋果在受到灰霉病菌和青霉病菌2種真菌感染時，自身會誘導表達幾丁質(zhì)酶進行抗病反應；Maryline等人則證實了幾丁質(zhì)酶對葡萄病原菌-灰葡萄孢霉有生物防治作用[2]。

5結語

幾丁質(zhì)酶在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和環(huán)境保護上有著廣闊的應用前景，挖掘幾丁質(zhì)酶應用的潛在價值符合當前發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)的要求。這就需要我們對幾丁質(zhì)酶繼續(xù)深入研究，尤其是加強對幾丁質(zhì)酶分子領域的研究。如利用基因工程手段，將幾丁質(zhì)酶基因轉入煙草、大豆、萵苣和甜菜等高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)作物中，可以提高植物的抗性；也可以直接利用幾丁質(zhì)酶基因構建遺傳工程菌株；研究最佳發(fā)酵工藝，加工成適用劑型，使其更快、更好地為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)服務。在生物防治過程中，除了幾丁質(zhì)酶外，還有其他酶如葡聚糖酶、纖維素酶、蛋白酶等能夠與幾丁質(zhì)酶協(xié)同作用，使抑菌效果更加顯著，將幾丁質(zhì)酶基因轉入生防菌株，可以構建出更加優(yōu)良的生物防治菌株[9]。

未來植物病害的控制將很快會被新的疾病控制技術補充或替換，這些新的技術是由微生物控制試劑、線蟲、宿主植物和環(huán)境之間的相互作用發(fā)展而來的。根據(jù)土壤中生物和非生物的特性進行處理，是促進根系有益微生物活動、修飾微生物平衡以控制病原體和刺激植物體生長等的一個重要途徑。采用多種學科協(xié)同的生物控制方法，將有助于使生物控制實踐更加成功[6]。這或許會成為今后植物基因工程的一個主流，其突破也將會引導一場新的農(nóng)業(yè)革命。

參考文獻：

[1]Anil Kumar Singh，Hari S. Chhatpar. Purification and characterization of chitinase from Paenibacillus sp. D1[J].Biochem Biotechnol，2011，164：77–88.

[2]童志丹，易有金，柏連陽.幾丁質(zhì)酶對果蔬采后病害生物防治的研究進展[J].安徽農(nóng)業(yè)科學，2010，38（19）：10242-10243.

[3]Karin Hjort，Ilaria Presti ，Annelie Elv?ng. Bacterial chitinase with phytopathogen control capacityfrom suppressive soil revealed by functional metagenomics[J]. Microbiol Biotechnol，2014，98： 2819-2828.

[4]Eman Zakaria，Gomaa. Chitinase production by bacillus thuringiensis and bacillus licheniformis： Their potential in antifungal biocontrol[J].The Journal of Microbiology，2012，50： 103–111.

[5]M. Swiontek Brzezinskaa，U. Jankiewiczb，K. Lisieckia.Optimization of cultural conditions for the production of antifungal chitinase by streptomyces sporovirgulis[J].Biochemistry and Microbiology，2013，2：2154-2159.

[6]Chandrasekaran R，Revathi K，Thanigaivel A，et al. Bacillus subtilis，chitinase identified by matrix-assisted laser desorption/ionization time-of flight/time of flight mass spectrometry has insecticidal activity against spodoptera litura，F(xiàn)ab.[J]. Pesticide Biochemistry Physiology，2014，116：1-12.

[7]Maria Cecilia Gortari，Roque Alberto Hours.Fungal chitinases and their biological role in the antagonism onto nematode eggs. A review[J].Mycol Progress，2008，7：221-238.

[8]劉欣潔，譚振波.昆蟲幾丁質(zhì)酶及其在植物抗蟲品種改良中的應用[J].生物技術通報，2004（3）：24-27.

[9]劉霞，王燕.木霉幾丁質(zhì)酶應用研究進展[J].飼料工業(yè)，2008，29（14）：38-42.

（責任編輯：丁志祥）