来源：中农宠业科技
在正式介绍海洋性生物刺激素（海藻多糖、海藻寡糖、壳聚糖、壳寡糖）前，我们先来了解什么是单糖、寡糖、多糖。糖是一切生命的基础，既是生命能量的来源，又是合成生物分子的一部分。糖是含有多羟基的醛类或酮类化合物，由碳氢氧元素组成。根据糖结构的不同，糖可以分为单糖、寡糖、多糖、结合糖和衍生糖。单糖是由一个单独的糖分子组成的简单糖类，单糖不能被水解为更小的糖。常见的单糖包括葡萄糖、果糖和半乳糖等。单糖可分为醛糖和酮糖。单糖是人体和植物细胞的主要能量来源，它们能够提供快速的能量补给。在农业领域，单糖也是植物光合作用的产物，为植物提供能量以促进生长和开花。寡糖是由2-10个单糖分子组成的糖类。常见的寡糖包括低聚果糖、低聚半乳糖和低聚葡萄糖等。寡糖在人体和植物中具有许多益处。它们不仅能够提供能量，还具有益生作用，能够促进肠道健康和增加益生菌的生长。单糖和寡糖都可溶于水，多数有甜味。在农业领域，寡糖也被广泛用于饲料添加和农作物生长调节，能够改善植物的免疫抗逆能力和提高农作物的产量和果品品质。多糖是由多个单糖分子组成的复杂糖类，可分为同聚多糖和杂聚多糖。常见的多糖包括淀粉、纤维素和果胶等。多糖在人体和植物中起着重要的结构和功能作用。它们是植物细胞壁的主要成分，能够增加食物的纤维含量，促进消化和预防便秘。在农业领域，多糖也被用作土壤改良剂和植物保护剂，能够提高土壤质量和增强植物的抗病抗逆能力。结合糖是由糖链与蛋白质或脂类物质构成复杂的复合分子称为结合糖。一般是杂聚寡糖或杂聚多糖。如蛋白糖、糖脂、蛋白聚糖。
海藻--来自海洋孕育的精华，因其所处的环境，富含多种不同的植物有益物质。近些年来，海藻提取物运用在农业方面越来越多，由于其在农作物上的效果而深受广大种植户的喜爱。但由于市场火热，造成市面上出现了众多良莠不齐的产品，究其原因，主要取决于原材料和生产工艺不同。
海藻是大型的多细胞生物，通常栖息在沿海地区，大约9000种。根据其色素类型大致分为棕色，红色和绿色藻类三个主要类别。棕色海藻是第二丰富的群体，包括约2000种，主要生活在温带地区的岩石海岸，它是农业中最常用的类型，其中，Ascophyllum nodosum（L.）Le Jolis是研究最多的。除了A.nodosum，其他褐藻，如墨角藻属，海带属，马尾藻属和Turbinaria spp也在农业中用作生物肥料。海藻作为有机物质和肥料养分的来源被用作土壤调节剂已有几个世纪。欧洲生物刺激剂行业委员会（EBIC）最新研究表明，海藻提取物对植物及其新陈代谢的影响主要取决于其他生物分子（碳水化合物，多酚等），这些生物分子调节基因表达并诱导植物代谢变化，从而产生观察到的生物刺激效应。 与此同时国内汉和生物也发表多篇文章表明，海藻经过酶解/破壁等工艺制取的海藻提取物中含有褐藻寡糖、海藻多糖、藻朊酸、甘露醇、甜菜碱、高度不饱和脂肪酸及酚类等物质。其中玉米素、赤霉素、吲哚乙酸、脱落酸等植物激素，含量仅有几μg/g，且这些物质终端使用再稀释几百倍，含量微乎其微，是无法发挥其本身功能的。与此同时海藻多糖因为是大分子物质，不利于作物直接吸收利用。海藻作为优质生物刺激素的主要原因是海藻提取物中发挥决定性作用的物质-高活性褐藻寡糖（AOS），这与EBIC研究结果不谋而合。
海藻多糖
海藻多糖是一类多组分的混合物,由不同的单糖基通过糖苷键相连而成，是海藻细胞间和细胞内各种高分子碳水化合物的总称。据此可以分为三类，第一类是存在于细胞内的贮藏多糖，第二类是细胞壁多糖间的粘多糖，第三类是存在于细胞最外层的胞壁多糖。鼠李糖、木糖、葡萄糖是海藻多糖的主要组成成分，海藻多糖占海藻干物质质量的50%以上。
提取和分离：传统海藻粗多糖提取方法主要有:水提、酸提和碱提。水提条件是80°C下提取1h并重复3次；酸提条件是60°C下0.2mol/LHC10.5h重复3次；碱提条件是15%、10%、5%的NaOH在60°C下提取05h。提取过程中要防止多糖降解,所以酸碱方法提取温度和时间要有所控制。
这三种提取工艺流程简单，对设备要求较低，但提取产量低，提取时间长且活性损失大，一定程度上限制了海藻多糖的规模化生产。而近几年，经过科研人员的不断努力，逐渐成熟起来的微波技术、超声波技术和酶解法等慢慢应用于实践，新的提取方法具有提取效率高、能耗低、生产周期短等优势。
但是无论哪一种提取工艺，都必须保护好海藻多糖的天然高级结构。因为海藻多糖活性严重依赖其独特的天然高级结构，尤其是硫酸基团发挥了关键作用。海藻多糖提取工艺的核心关键技术点就在于如何更好地保护其天然具有的化学结构，并尽可能避免和减少硫酸基团的脱落等。只有抓住这几个技术关键点，才能确保海藻多糖的高活性、高质量。
纯化：海藻多糖是一类组成相当复杂的生物大分子提纯常采用乙醇沉淀法、季胺盐沉淀法、DEAE纤维柱层析和凝胶柱层析法。采用普通的分子筛只能进行初步的纯化，这样也只能得到分子量相近的海藻多糖混合物，它的纯度不能用通常小分子化合物的纯度来衡量,通常提到的多糖纯品实质上只能是定分子量范围的均一组分。通过分子筛或者阴离子交换柱等可以达到多糖与蛋白分离的目的。
纯度鉴定的方法有乙酸纤维素膜电泳:葡聚糖凝胶G-75色谱图等。海藻多糖按来源分为褐藻多糖、红藻多糖、绿藻多糖和蓝藻多糖四大类
红藻多糖：主要从红藻属的石花菜、麒麟菜、角叉菜、蜈蚣藻、紫菜等提取，主要包括细胞壁内的半乳聚糖、甘露聚糖、木聚糖和红藻淀粉，其中半乳聚糖又分为琼胶和卡拉胶；
褐藻多糖：主要来自海带、巨藻、泡叶藻和墨角藻等，有褐藻胶(Alginate)、褐藻糖(Fucoidan)和褐藻淀粉(Laminarin)；
绿藻多糖：绿藻中多为水溶性硫酸多糖,为构成其细胞壁填充物的木聚糖和(或)甘露聚糖，还有少量存在于细胞质内的葡聚糖。主要来自石蒓属( Ulva)、浒苔属 (Enteromorpha)、礁膜属(Monostroma)、小球藻属( Chlorella)、刚毛藻属(Ctadophora)、松藻属( Codium)等；
蓝藻多糖：目前对蓝藻多糖的研究较少，主要以螺旋藻多糖为代表。
海藻酸是褐藻多糖的一种，一般分子量较大，平均分子量约为24万，是一种直链的嵌段聚糖醛酸，由均聚的α-L-吡喃古罗糖醛酸嵌段、均聚的β-D-吡喃甘露糖醛酸嵌段以及这两种糖醛酸的交聚嵌段，以1，4-糖苷键连接而成。以钙、镁、钠、钾、锶盐等形式存在于许多海洋褐藻的细胞壁中。海藻多糖分子质量较大、溶解度低、生物利用度低，因此在医学、材料等方面的利用效率也较低，在应用方面受到一定的限制。海藻寡糖是海藻多糖的降解产物，聚合度在2~10的直链或支链化合物。相较于海藻多糖，海藻寡糖溶解度高、分子质量低，具有多种生物活性，如保护细胞结构、抗氧化、促生长、诱导植物抗逆性、产品保鲜等，在农业、医药、食品、化工等领域具有独特的应用优势。
常用的海藻寡糖制备方法有物理制备法、化学制备法和酶制备法局限：降解效率比较低，反应机理不明确，反应的重复性不高，部分反应所需设备成本及能耗较高；
优势：反应过程迅速，效率高，成本低，专一性较强，可以大规模应用生产；局限：反应速度过快时较难控制，会导致副产物的产生和产物成分的破坏；酸液碱液会对环境造成污染；
酶制备法：大部分的海带降解菌或降解酶都源于海洋细菌，如弧菌（Vibrio）、交替假单胞菌（Pseudoalteromonas）、交替单胞菌（Alteromonas）、芽孢杆菌（Bacillus）、Shewanella、Tamlana。优势：专一性强，反应条件温备法和且得率高，环保，可完整保留生物活性；
海藻寡糖绿色酶解工艺开发：建立多酶组合联用技术、高浓度底物投料技术，实现大型海藻的快速脱胶降粘，定向降解海藻多糖获得活性寡糖，有效破壁促进海藻天然活性成分的释放，获得的褐藻寡糖浓度高，聚合度可控，大幅提高原料利用率，海藻有效成分提取效率达到 95%以上。
海藻寡糖的种类有多种，其中主要有岩藻寡糖(FOS)、琼胶寡糖(AGOS)、卡拉胶寡糖(COS)、褐藻寡糖(AOS)等岩藻多糖，也称岩藻多糖硫酸酯，主要来源于海带、墨角藻等藻类植物以及海参、海胆等海洋动物。岩藻多糖被降解后得到的寡糖产物称为岩藻寡糖，岩藻寡糖具有多种生物学活性，正成为新一代天然功能保健食品、药物和化妆品开发的新宠。 琼胶是从江蓠、石花菜等红藻门植物细胞壁中提取的一类线性多糖。琼胶寡糖的分子质量相对较小，有着易降解吸收等优点。有研究表明，琼胶寡糖可通过促进人静脉内皮细胞的凋亡抑制血管生成通过诱导细胞因子的表达来调节细胞的免疫功能，此外还具有抗氧化、抗炎、促进植物根系生长等多种生物活性。卡拉胶是一类从红藻门植物（江蓠、石花菜、角叉菜等）细胞壁中提取得到的硫酸化线性多糖的总称。卡拉胶寡糖分子质量大、黏度大、空间结构复杂，具有抗病毒活性，可以显著抑制流感病毒（H1N1）的增殖。褐藻寡糖（AOS）也叫褐藻胶寡糖，就是将大分子海藻酸，通过不同的降解方法（酸降解法，酶降解法，氧化降解法）得到聚合度20以下小分子的活性物，相比于海藻酸，小分子的褐藻寡糖具有水溶性强、易吸收、稳定性高、安全无毒等理化性质，在促生、诱抗（诱导抗性）、抑菌等方面效果也非常明显。可以刺激植物自身内源激素生长素（IAA）、脱落酸（ABA）、赤霉素（GA）、茉莉酸等的合成5-8倍。且有效作用浓度极低，在促进植物根系生长、对非生物胁迫的抵御和提升化学肥料的利用效率等方面效果显著，也是海藻提取物中发挥作用的核心成分！不同分子量的褐藻寡糖，功能的发挥与寡糖聚合度有关，例如三糖、四糖、五糖、六糖促进生长活性最强，聚合度3-5的寡糖促进根系生长活性最强，只有特定长度的寡糖才具有激发子的活性，引起作物免疫反应，聚合度太小的寡糖不能诱导植物产生防卫反应，聚合度太大的寡糖由于细胞壁的屏障作用无法与细胞膜接触，因此聚合度不同，褐藻寡糖对作物的作用差异也较大。
海藻酸经过微生物酶的裂解后，其产物海藻寡糖的非还原端C4与C5间会产生一个双键，在波长235 nm处有最大吸收峰，通过比色法可以测定海藻寡糖的含量。同时也可通过分光光度计法、液相色谱/质谱（LC / MS）分析进行检测。
现全球每年约有1500万吨的海藻产品(FAO，2006)，产生经济价值约599.3亿美元。作为增强作物生长及提高产量的营养补充剂以及生物肥料仅占1.6%。
而根据国际农业行业权威杂志NewAgInternational对以海藻为主原料的海藻肥市场统计，2012年，在欧洲市场上，海藻肥经济价值20-40亿欧元，全球预计最低为80亿欧元，仅占整个农资市场(含化肥、杀虫杀菌市场)总额的2%，海藻肥在农业上的经济价值空间巨大。而中国市场是世界海藻肥市场的重要组成部分，大量的国外海藻肥涌入中国农资市场。
法国最早在中国将海藻提取物抗病产品(又称为“植物疫苗”)申请专利;挪威爱尔稼是第一个在中国获得肥料登记证的公司。
目前，我国海藻肥生产企业主要分布在山东、江苏、广东等沿海地区。据不完全统计，目前我国海藻肥生产企业在300家以上，全国农资市场上标称“海藻肥”在售的产品约有500个。
目前中国市场国外海藻肥种类繁多，获得农户认可度高的品牌有:爱尔兰亚特兰蒂斯生物科技有限公司、意大利瓦拉格罗公司的海藻免疫产品“KENDAL”系列、澳大利亚的Seasol、南非的凯普克、爱尔稼的Algifert、英国的欧麦思以及加拿大阿卡迪安海藻有限公司的系列产品。
国外海藻肥涌入中国市场也带动了中国本土海藻在农业上的发展，目前本土知名企业主要有山东恩宝生物、青岛海鲸灵海藻生物、青岛明月蓝海生物、新田龙集团、北京雷力、青岛海大生物及浙江东阳联丰。
我国海藻肥研究一直受国内农产品经济价值不高的制约，导致国内海藻肥处于农资行业的中低端产品行列，高端产品均被国外海藻肥所占据。
几十年来，我国海藻肥均以海藻酸为主要成分，未有新种类的产品出现。科研机构的研究也主要集中在成品的增产效果应用，以及海藻酸与大量元素等配方研究方面，很少涉及新型海藻肥的开发。
近年来，随着寡糖提高作物抗逆能力的研究取得很大进展以及我国农业经济发展水平的提升，海藻农用深度研究成为热点。海藻农用研究不再单纯地集中在海藻肥应用方面，而逐步深入细化海藻活性营养成分。如在国家相关部门的支持下，国内众多研究机构联合着手进行海藻寡糖库的建立，细化海藻寡糖在农业方面的应用，打造新的海藻农业经济增长点。
在农业方面，商业化的海藻资源仅4种。我国暖温带种、亚热带种及热带种海藻资源丰富，但其开发的资源仅有马尾藻。因此，筛选我国特色农用海藻新品种，形成新的产品链，将使我国海藻肥产业在国际农业生物战略性产业上极具竞争性。
同时，由于我国海藻肥生产缺乏国家统一的标准，使得各厂家应用不同的海藻原料及加工工艺生产的海藻肥，产品质量也差异很大，存在整体规模普遍偏小、行业门槛过低、产品质量参差不齐等问题。通过标准的制定和实施，可以规范市场秩序，引导消费升级，推动海藻酸肥料行业向中高端水平迈进。
甲壳素(chitin),又称甲壳质、甲壳多糖、几丁质。由含有甲壳质的物质如虾壳、蟹壳等提取制得，白色半透明固体。不溶于水、乙醇和乙醚。是由N-乙酰α-氨基-D-葡萄糖胺以β(1→4)糖苷键连结而成的含氮多糖。溶于浓无机酸和无水甲酸。在浓酸或浓碱中发生水解而成α-氨基葡萄糖。对甲壳素进行化学处理，脱掉其中的乙酰基，就变成了壳聚糖。
壳聚糖(chitosan)，又称可溶甲壳素、壳多糖、甲壳胺，化学名称为聚葡萄糖胺(1-4)-2-氨基-B-D葡萄糖，是由甲壳素(chitin)经过脱乙酰作用得到的，是一种天然生物高分子聚合物。一般而言，N-乙酰基脱去55%以上的就可称之为壳聚糖。壳聚糖已经可以溶于稀酸，比甲壳素进了一步。但是甲壳素和壳聚糖都是大分子，分子量在几十万到几百万，都不溶于水。甲壳素经脱乙酰基处理得到壳聚糖，再经过进一步降解，就成为壳寡糖。
壳寡糖(chitosan oligosaccharide),又叫氨基寡糖素，壳聚寡糖、低聚壳聚糖，是将壳聚糖经生物酶解技术降解得到的一种聚合度在2-10之间的寡糖产品，分子量≤3000Da,水溶性好，功能作用大，生物活性高的低分子量产品。它全溶于水，具有容易被生物体吸收利用等诸多独特功能。壳寡糖是自然界中唯一带正电荷阳离子碱性氨基低聚糖，是动物性纤维素，被誉为“第六生命要素”。因此壳寡糖本身是一种混合物，里面有单糖一直到壳十糖，每一种糖类都有其一定的功能性。
分子量区别：壳寡糖是壳聚糖经特殊的生物酶技术处理得到的一种全新产品，分子量在3000Da以下；壳聚糖是甲壳素部分脱乙酰基的产物，分子量在50-100万。
溶解性区别：壳寡糖分子量较低，能完全溶于水；壳聚糖只能溶解于稀酸溶液中。水溶性的增强是影响壳寡糖一些生理活性的重要因素，只有溶于水，才有可能被生物体吸收和利用，表现出生物活性，所以壳寡糖更容易被人体、动物和植物体吸收。
功能性区别：分子量在2000以下的壳寡糖展现出独特的生理活性和功能，提高巨噬细胞的功能；抑制肿瘤细胞的生长和转移；降低胆固醇和血脂；抗菌、抑菌和显著的保湿吸湿能力等。分子量低于5000的壳寡糖具有阻碍病原菌生长繁殖，促进蛋白质合成，活化植物细胞，从而促进植物快速生长。
几丁质是许多真菌细胞壁多糖的主要成分，也大量存在于虾、蟹、昆虫和低等藻类植物中。几丁寡糖(CTOS)是几丁质降解后的产物，预喷施植物可诱发典型的PTI过程，明显增强植株的抗病性，在水稻、小麦、棉花、油菜和草莓等农作物上诱导抗病效果十分显著。到目前为止，CTOS是寡糖类诱导子中诱抗机制研究最为透彻的一种，一个具有里程碑意义的工作是2006年Shibuya团队成功从水稻中纯化和鉴定了几丁寡糖的结合蛋白(CEBiP) (Kakuet al，2006)。随后一系列的几丁寡糖受体、配体被鉴定发现，几丁寡糖信号的识别机制被逐步揭示。然而，聚合度>6的CTOS在中性水中溶解性不高，且几丁寡糖的大量制备目前还依赖于化学法，这也限制了几丁寡糖在农业生产中的进一步应用 。
作为几丁质的脱乙酰产物，壳聚糖是真菌细胞壁的重要组成，也是甲壳生物外壳的主成分。自20世纪80年代，壳聚糖即被认为是很有应用潜力的植物免疫诱导子，但是由于水性差，限制了其进一步应用。作为壳聚糖的降解产物，壳寡(CSOS)因其水溶性好、诱导植物免疫的效果明显，在植物保护领域得到了更多的关注和用。CSOS可诱导番茄、小麦、草莓、油菜和烟草等农作物产生抗病性，对稻瘟病、纹枯病花叶病、白粉病等多种病害的防治效果均十分显著。此外，CSOS还具有明显促生长、增产、改善农产品品质、果蔬保鲜、抗寒、抗旱等功效。中国科学院大连化学物理研究所天然产物与糖工程研究组CSOS的规模制备、诱抗活性评价、诱抗机制探索和制剂应用推广方面做了大量工作。
寡聚半乳糖醛酸(OGA)是由2~20个半乳糖醛酸通过α-1,4-糖苷键连接而成的寡糖分子。与CTOS、CSOS不同，OGA来源于植物细胞壁中的果胶组分，属于DAMP（损伤相关分子模式）分子。作为前唯一被公认的植物细胞壁来源的DAMP分子，OGA在多种植病体系中均具有明显的诱抗活性，如小麦-白粉病、小麦-秆锈病、烟草-花叶病毒和葡萄-灰霉病等。研究表明，不同聚合度的OGA的诱抗活性会有所差异，虽然聚合度在4~15的OGA均具有诱抗活性，但聚合度10~14的OGA活性最高。目前OGA的受体已经被鉴定，相关识别机制也被逐步揭示。
真菌细胞壁中包含大量的葡聚糖成分，主要包括α-1,3-葡聚糖、β-1,3-葡聚糖和β-1,6-聚糖3种形式。植物细胞壁中也存在α-葡聚糖和β-1,3-葡聚糖成分，因此葡寡糖兼具PAMP（病原相关分子模式）和DAMP分子属性，是一种有效的免疫诱导子。早在1976年，Ebel、Ayers等先后从大豆疫霉菌的细胞壁中分离富集了β-葡聚糖成分，并发现其具有诱导植物免疫反应的特性。经过40多年的研发现葡寡糖在大豆、水稻、首着、烟草和菜豆等农作物中均有明显诱抗活性，且连接方式聚合度均对葡寡糖的诱抗活性有明显影响。目前用于葡寡糖制的主要原料来源于真菌细胞壁和海带淀粉，目前市场上的产品还相对单一。
海藻酸钠，又称褐藻胶、褐藻酸钠，是从海藻中提取的天然多糖，由α-L-甘露糖醛酸和β-D-古罗糖醛酸通过糖甘键连接而成的寡聚物。海藻酸糖(alginate oligosaccharide，AOS）是海藻酸钠的降解产物，聚合度为2~10，其水溶性好，并且具有广泛的生物活性，研究发现AOS可促进植物生长，增强植物的抗寒能力，提高作物品质和改善必藏品质，缓解胁迫对植物的损伤等。作为细胞成分之一，海藻酸也是病原菌的一种毒力因子，因此AOS可以诱导植物抗病，显著激活植物的免疫系统。AOS预处理可以明显提高植物抗性相关酶的活性，诱导产生的植保素在烟草抵御烟草龙叶病毒、水稻抵御稻瘟病菌过程中表现出明显的诱抗活性。但目前AOS在诱导植物抗病方面的研究还相对较少，它在多种植病体系中的诱抗效果和作用机制尚不清楚。
文章参考：1.行业资料 ；2.《植物免疫诱导技术》-科学出版社。
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