1.1 研究背景

在现代农业生产中，化肥为农业发展和粮食增产做出了重要的贡献。然而，氮肥通过挥发、淋溶和径流等途径，平均损失高达45%，不仅造成了大量的经济损失，同时也给我们的生存环境带来诸多不良后果，如土壤板结、水质污染、农产品污染、温室效应等问题。如何有效提高肥料利用率已成为我国农业发展中迫切需要解决的重点课题。新型环保肥料调节剂，尤其是可有效提高肥料利用效率的肥料增效剂，受到了广泛重视。

γ-聚谷氨酸（英文 poly-γ-glutamic acid，γ-PGA）是自然界中微生物发酵产生的阴离子型多聚氨基酸，由D型和L型谷氨酸通过α-氨基和γ-羧基以肽键形式形成的高分子聚合物[1]。由于γ-PGA分子中含有大量的游离羧基，使它具有很多优良的特性[2]：水溶性好、对金属离子的亲和性强，吸附性超强，抗冻特性和絮凝特性等。因此，γ-PGA在农业和环保方面有广阔的应用前景，植物养分吸收促进剂，保水剂、农药和肥料的缓释剂和生物高分子絮凝剂等，分子量分布在100kDa到10000kDa之间[3]。γ-PGA具有优良的水溶性、超强的吸附性和生物可降解性，降解产物为无公害的谷氨酸，是一种优良的环保型高分子材料，可作为保水剂、重金属离子吸附剂、絮凝剂、缓释剂以及药物载体等[4]，在化妆品、环境保护、食品、医药、农业、沙漠治理等产业均有很大的商业价值和社会价值[5]，由于γ-PGA具有生物可降解性对环境无害，还能够提高肥料的利用率，因此近几年聚谷氨酸在农业上的应用成为专家学者的研究热点[6]。

1.2 γ-PGA的结构与性质

聚谷氨酸有两种异构体：α-PGA和γ-PGA(如图1.1)。至今发现的生物合成的聚谷氨酸均为γ-PGA ，γ-PGA是谷氨酸单体以γ-羧基与氨基相缩合的一种均聚氨基酸，主链为nylon-4结构（图1-1：A）。而化学合成的聚谷氨酸多数为α-聚谷氨酸（如图1-1：B）[7]。

A B

图1-1 生物合成与化学合成的聚谷氨酸的化学结构

Fig. 1-1 Chemical structures of γ-polyglutamic acid by microbiological formation and chemical synthesis

A：α-polyglutamic acid B: γ-polyglutamic acid