图1.1 γ-PGA的分子结构

γ-PGA侧链分子结构中存在大量羧基，因此其具有优良的吸水性、超强的保湿性、絮凝性、生物相容性，可被降解为无公害的谷氨酸[ ]。γ-PGA从发现至今只有几十年的历史，其研究主要还处在实验室阶段，而实验室研究内容主要包括对其自身的性质研究，生产菌的改良及基因的研究，发酵过程研究和提取纯化过程的研究，以及衍生物的生产和性质的研究。近几年来，随着人们环境意识的增强和国家可持续发展战略的全面推进，发展环境友好型的材料和开发改善环境问题的产品逐渐成为一种趋势，这也推动了γ-PGA产业化研究和探索的进程。进入本世纪后，一些国际知名公司开始进行γ-PGA生产进程及应用方面的研究，国内部分大学和研究所也积极开展了相关的项目，国内更有数家企业开始计划γ-PGA的大规模生产。由于这些产业化项目的展开，使得γ-PGA成为现阶段最受人关注的生物制品之一。

1.2 γ-PGA的理化性质[ ]

1.2.1 吸水特性      

由于γ-PGA侧链上大量羧基（-COOH）的存在，其吸水性也大大增强，王传海等人开展了关于γ-PGA的吸水性能的一系列研究[ ]，结果表明，γ-PGA的最大自然吸水倍数高达1108.4倍，比目前市场销售的聚丙烯酸盐类吸水树脂的自然吸水倍数要高出1倍以上，而γ-PGA对土壤水分的吸收倍数是聚丙烯酸盐类吸水树脂的30-80倍[ ]。γ-PGA的水浸液在土壤中具有一定的保水力，有明显的抗旱促苗效应，且释放效果也较为理想。在0.206mol/L浓度的PEG6000模拟渗透胁迫条件下，γ-PGA仍然具有较强的吸水和保水能力，因此γ-PGA就其优良的吸水性和保水性方面，被广泛应用于缺水地区保水以及沙漠绿化[ ]。           

1.2.2 生物可降解性      

生物可降解性是γ-PGA的众多特性之一。微生物发酵合成γ-PGA的研究中，所有可合成γ-PGA的菌株都能够以γ-PGA作为营养源进行生长。在B.1ichenrmis9945a的培养液中，存在一种与γ-PGA降解有关的解聚酶，因此它可以降解γ-PGA，其它的一些自然菌株也具有降解γ-PGA的能力。根据是否以γ-PGA作为唯一碳源和氮源这一条件，对有降解γ-PGA能力的菌株进行筛选，结果筛选出至少12种菌株。由此可知，利用微生物发酵合成法合成γ-PGA的过程中，要合理安排培养时间，以避免菌种发生γ-PGA的降解而致使产量损失。 

1.3 γ-PGA的应用

通过微生物聚合生产的多聚谷氨酸是一种高分子量的聚合物，它的分子链上有大量游离羧基，使其具有一般聚羧酸的性质，如强吸水、能与金属螯合等特点，此外，大量活性位点的存在便于材料的功能化，如部分交联后生成高吸水树脂，因此其用途十分广泛[ ]。      

γ-PGA由于其独特的理化性质和生物学特性，被广泛用于医药制造、食品加工、农业、绿化和植物种子保护等许多领域，且具有极大的开发价值和应用前景。 

1.3.1 γ-PGA在农业中的应用      

γ-PGA优良的生物可降解性和超强的吸水保水性，彰显了其在农业方面的巨大应用潜力。众所周知，沙漠等干旱地区降水量少，常年缺乏水分，植物种子很难发芽，绿化十分困难。为此，日本九州大学农学系教授原敏夫等人，以日本的纳豆丝(PGA)为原料，开发出了一种吸水性极强的纳豆树脂(可吸自重5000倍的水)，从而使沙漠等干旱地区的绿化有了理想的种子包衣材料[ ]。用这种吸水性极强的纳豆树脂把植物种子包裹起来，种植在沙漠等干旱地区，能够很快发芽，效果也较为理想。王建平等的研究指出，将种子浸泡于浓度为0.10～0.30mol/L的γ-PGA中1～3天能够适当提高烟草种子的发芽率和种子活力，缩短出苗时间[ ]。而γ-PGA又具有良好的生物降解性，将其应用于沙漠等干旱地区的绿化工程又不用担心污染问题。