《壳寡糖衍生物》由会员分享，可在线阅读，更多相关《壳寡糖衍生物（20页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、河南农业大学理学院本科毕业论文11 1 绪论绪论1.11.1 壳寡糖及其衍生物壳寡糖及其衍生物甲壳素和壳聚糖(CTS)具有许多天然的优良性质，如吸湿透气性、反应活性、生物相容性、生物可降解性、无抗原性、无致炎性、无有害降解产物、吸附性、粘合性、抗菌性和安全性等。从而被广泛应用于纺织工业、生物医学和日用环保等方面。CTS还被誉为人体的“第6生命要素”。有人评论认为甲壳素将成为21世纪的支柱产业之一。曾有科学家预言“21世纪将是甲壳素的世纪”。近几十年来甲壳素和CTS已成为日、美等国家的热门研究课题。我国从20世纪中期也开始开展有关的研究和产品开发。CTS的结构式如下图。OHOOHNH2OHOOH
2、NH2*nOO由于甲壳素和CTS的水不溶性限制了它们的应用范围，而通过降解甲壳素或壳聚糖得到的壳寡糖(其聚合度在2O以)是一类无毒且具有良好的生物降解性和生物相容性的高分子物质，其优越的生物活性功能、良好的成膜特性和较强的抗菌防腐保鲜能力已引起国内外研究人员的广泛关注和重视。经过生物降解的低分子量壳寡糖具有广谱的杀菌作用。壳寡糖是氨基葡萄糖通过-1，4-糖苷键连接而成的相对分子质量低于10 000的低聚糖。低黏度和良好的水溶性使壳寡糖比壳聚糖展现出更独特的生理活性和功能性质，如抗菌、抗肿瘤、提高植物防御能力等。因此，这些寡糖的研究引起了国内外重视，在农业、医疗、食品、化妆品等领域有着广泛的应用
3、前景。1.1.11.1.1 植物诱导抗性领域植物诱导抗性领域壳寡糖作为一种激发子，可有效地诱导植物抗病性，增强植物对病虫害的防御能力。其作为植物免疫激活因子的基础研究始于 20 世纪 60 年代。Ayers 等1于 1976 年发现细胞壁的寡糖碎片能诱导植物植保素(phytoalexin)合成仁；1985 年 Albersheim2首次提出了寡糖素(oligosaccharins)这个新概念和新领域，每种活性寡聚糖可发出调节特定功能的信息，激活防御反应和调控植物生长，产生具有抗病害的活性物质，抑制病害的形成。活性寡聚糖是一类具有一定结构和生物活性的聚合体，国际上研究较多的是植物及微生物细胞壁多
4、糖降解的寡糖片断。越来越多的实验结果表明，植物细胞壁不仅能起到防御的结构屏障作用，而且当植物受到病菌感染时能产生积极的防御反应。（1）对烟草的诱导抗性烟草花叶病毒病(TMV)在生产上的危害很大，至今仍缺乏有效的治疗药剂。目前，选择合适的诱抗剂不失为一种有效的防治方法，其广阔的应用前景已引起人们的高度重视。郭红莲等3以壳寡糖诱导烟草枯斑三生叶(Nicotiana tabacum var.samsun NN)寄主后，调查了其对病斑的抑制率，同河南农业大学理学院本科毕业论文2时研究了壳寡糖单独处理和以病毒粒子侵染诱导的病程相关蛋白的差异，结果表明，壳寡糖处理对TMV 侵染有保护作用，施用后 7d，以
5、浓度为 50g/mL 和 75g/mL 时其对枯斑的抑制效果为好。通过体外测试发现，壳寡糖对 TMV 粒子有钝化作用。单独施用壳寡糖可以诱导烟草产生 6 条耐碱性的PR 蛋白，其中 1 条区别于 TMV 侵染诱导的 PR。Lu 等4将壳寡糖喷洒于感染烟草花叶病毒（TMV）的烟草叶片上，在接种后 24 小时发现 50 微克/毫升壳寡糖对烟草花叶病毒的抑制率最高，研究结果表明，壳寡糖诱导烟草防御是与 N-介导的抗性有关。（2）对水稻的诱导抗性稻瘟病和纹枯病是水稻的重要病害，在世界范围内每年造成上亿千克产量损失，高发病时甚至可以造成减产 50%。Obara 等5用固相微萃取技术和 GC-MS 法分析
6、不同诱导剂释放的挥发物作为诱导剂处理稻瘟病菌 Pyricularia oryzae，将病菌嫁接到水稻叶片上(含有壳寡糖)，发现不同的诱导剂产生的挥发物在定性和定量上有一些差别。Inui 等6将一系列浓度的壳寡糖放到水稻培养液中，也发现其能够诱导苯丙氨酸解氨酶(PAL)。胡健等7结果表明：相对分子质量不同的壳寡糖对供试水稻品种叶片几丁质酶的诱导作用不同，相对分子质量为 1 500 的壳寡糖诱导效果最佳，而相对分子质量为 500 的壳寡糖诱导效果最差。不同水稻品种对纹枯病的抗性不同，其几丁质酶的诱导能力也不同，无论是苗期还是抽穗期，抗病能力强的水稻品种，几丁质酶的诱导水平也高。宁伟等8对 30 株
7、水稻幼苗发病情况的统计结果显示，经 5gmL-1壳寡糖处理的水稻植株抗稻瘟病能力明显增强，病斑级数为 23 级，植株抗病级数为 12 级；而未经壳寡糖处理的植株极大部分病斑为感病病斑，发病级数在 45 级。（3）对胡萝卜的诱导抗性Chris 等9利用链霉菌 N-174 壳聚糖酶制备了平均聚合度为 7 的(质量浓度为 0.2 %)的壳寡糖，并用其处理收获后的胡萝卜，针对其核盘霉菌，测量了它的抑制系数。发现核盘霉菌在马铃薯琼脂上呈放射状生长，这使得胡萝卜在放置 3 d 以上时就开始腐烂。但当在零度或使用壳寡糖处理后，就能够诱导胡萝卜对核盘霉菌产生抗体。（4）对番茄的诱导抗性Noah 等10研究了
8、5 %或 30 %乙酰化程度的几丁质、壳寡糖和壳聚糖对番茄 Lycopersicon esculentum 叶片中水解酶的诱导情况，发现乙酰化程度低的壳寡糖没有诱导作用，而 95 %乙酰化的壳寡糖是一个有效的抗病诱导剂。何培青等11研究了 0.3 %壳寡糖诱导番茄叶片 120 h 后，其挥发性物质对番茄枯萎病菌 Fusarium oxysporum 孢子萌发和菌丝生长的影响，采用气相色谱-质谱联用技术，检测诱导后番茄叶中挥发性物质及植保素日齐素质和量的变化。结果表明，经壳寡糖诱导后，番茄叶中挥发性物质对病菌的抑制率较对照组高。番茄叶中挥发性抗真菌物质的总含量为对照河南农业大学理学院本科毕业论文
9、3组的 1.49 倍；氧合脂类、萜类及芳香类化合物的含量分别提高了 61 %、10 %和 69 %，其中(E)-2-乙烯醛的含量增加了 64 %，水杨酸甲酯的含量增加了 38 %。（5）对棉花的诱导抗性郭红莲等12研究发现，壳寡糖可以诱导棉花细胞活性氧代谢发生改变。他们以不同浓度壳寡糖为激发子，均可诱导棉花悬浮细胞的活性氧迸发，其峰值出现时间都在 2030 m in 左右；此外，壳寡糖还可以诱导棉花细胞中活性氧清除酶系活性的变化，SOD 和 CA T 活性变化的最大值在处理后 6090 min 左右。浓度不同的壳寡糖在诱导趋势变化上却相似。他们13以壳寡糖诱导处理细胞，加入终浓度分别为 0.0
10、5 mmol/L 的 LaCl3 和三氟乙酸(TFA)，处理过程中细胞保持在悬浮状态。研究表明，壳寡糖可诱导棉花细胞苯丙氨酸解氨酶(PAL)和超氧化物歧化酶(SOD)活性增加，钙信使系统参与壳寡糖对棉花细胞的诱抗作用。（6）对小麦的诱导抗性日本京都大学 Ishihara Atsushi14用壳寡糖测试燕麦时，发现其能够诱导燕麦 HTT 酶的活性，从而诱导其产生抗病能力。刘晓等15用壳寡糖和脱氧雪腐镰刀菌烯醇(DON)以不同方式处理小麦种子，测定其从 G1 期启动进入 S 期和 G2-M 期的胚细胞百分率和小麦黄化苗的生长，结果表明，壳寡糖可促进小麦种子胚细胞周期启动并促进小麦根数目增加，说明壳
11、寡糖对小麦种子的胚细胞分裂有促进作用。壳寡糖预处理小麦种子可解除 DON 对小麦黄化苗生长及胚细胞启动的抑制作用，表明寡聚糖可提高植物对病原菌毒素的抗耐性，这可能是寡聚糖诱导植物提高抗病性的重要机制之一。Takezawa16用小麦培养的细胞来研究 Ca2+的传递作用和诱导细胞对真菌病原体的抵抗作用。以typhula ishikariensis 衍生的物质来诱导用小麦培养的细胞，结果显示，ccd-1 基因密码是一个14 kDa 的 Ca2+-蛋白质复合物，它具有一个偏酸性的两性分子特征。壳寡糖诱导显示了它能够转换Ca2+信号，这能使植物启动自己的防御体系，免受真菌的入侵。（7）对草莓的诱导抗性郭
12、红莲等17以草莓悬浮培养的细胞为对象，研究了壳寡糖处理对活性氧代谢的效应。结果表明，壳寡糖可诱导草莓悬浮培养细胞的活性氧迸发，其峰值出现于 2030 min，同时也可诱导活性氧清除酶活性上升，SOD 和 CAT 活性的最大值出现在处理后 6090 m in。此外，他们还研究了壳寡糖与草莓的结合过程18。（8）对油菜的诱导抗性陆引罡等19以壳聚糖酶降解壳聚糖而得的壳寡糖为基本成分，配以化肥、微量元素及防腐剂等成分，混合调制成较稳定的胶体溶液后拌种，发现其对油菜种子发芽和出苗均无显著影响，但可促进油菜生长，提高壮苗率，增加产量，增产幅度在 4.3 %9.7 %，其增产以增加每角果粒数为主。河南农业
13、大学理学院本科毕业论文4壳寡糖拌种可明显抑制油菜菌核病的发生，对 3 个油菜品种的防治率分别为 34.19 %44.10 %。室内测定结果发现，用较高浓度的壳寡糖(0.50.75 mgmL-1)拌种，其对油菜菌核病菌菌丝生长有抑制作用，表明壳寡糖对油菜菌核病菌有诱导抗性。1.1.21.1.2 在医疗领域中的应用在医疗领域中的应用壳寡糖具有多方面生理功能以及抗肿瘤效果。早在 1985 年，Suzuki 等就用甲壳六聚糖对小鼠进行抗肿瘤测试，得到了明显效果；1997 年，王中和等又用低分子壳多糖口服液对临床患者进行辅助治疗，发现白细胞、淋巴细胞的总数保持稳定，T 淋巴细胞的数量显著上升，也说明了低
14、分子壳多糖的抗肿瘤辅助疗效。因此，它可作为早期肿瘤的治疗药物。其作用机理为20：N-乙酰-D 糖胺(GlcNA )或 D-糖胺(GLcN)残基与巨噬细胞表面受体结合后，激活巨噬细胞释放 IL-1，同时引起T 细胞表面 IL-2 受体表达，而这又加速了 T 细胞成熟而释放 IL-2，IL-2 与受体结合后，进一步加速 T 细胞分化成熟为细胞毒性 T 细胞，从而产生抗肿瘤作用。溶菌酶作为消炎剂在医药上应用广泛，在食品中用作防腐剂在动物的血和尿中也含有一定量的溶菌酶，所以溶菌酶可以作为检验某种病患的一个指标。人体血液和尿中含溶菌酶，患者比正常人含该菌酶高。有人选取甲壳四聚糖并与对-硝基苯酚合成，产生
15、发色基团，可作为临床诊断试剂，快速而简便，可在医学、畜牧中应用。Nanjo 等用甲壳五糖合成了衍生物 P-硝基酚五(N-乙酰基)-壳寡五糖，用作溶菌酶培养基，结果表明比四糖作为发色基团效果更好。1.1.31.1.3 在食品和化妆品领域中的应用在食品和化妆品领域中的应用几丁寡糖具有柔和甜味，可作为素材加以利用。壳寡糖也具有增强人体免疫力的作用，有希望在改善食品结构，提高食品保水性能方面有重要作用。另外，甲壳低聚糖在食品中还有一定的抗菌作用21，研究结果表明相对分子质量为 1 500 的壳寡糖，质量浓度 1 gL-1 pH 6.0 时，其抑菌效果很好，但 pH6.0 时，其抑菌率开始减小并有所下降
16、。而相对分子质量为 440 000 的壳聚糖，质量浓度为 2.5 gL-1时，在 pH 5.2 以下，抑菌作用基本上与 1 gL-1的甲壳低聚糖相当。它的作用机理有报道说，低分子量壳聚糖能使 DNA 转录受阻，从而显示出抗菌性影响细菌繁殖。甲壳低聚糖作为化妆品材料22，效果很好，首先甲壳质的超微粉末可加速其渗透作用；其次，壳寡糖盐的水溶液可改善皮肤和毛发的保湿功能且具有很强的抑菌性，邵健、杨宇民在低聚氨基葡萄糖的吸湿、保湿和抑菌性质一文中对此作了很好的说明；再次，水溶性甲壳质衍生物可开发出皮肤护理剂、毛发加工保护剂和防晒剂。1.21.2 壳寡糖及其衍生物的应用展望壳寡糖及其衍生物的应用展望除了不能与碱性农药混合使用外，壳寡糖是一种良好的生物源农药，具有对环境无污染，能够诱导植物产生抗病性等优点。而植物诱导抗病性具有抗病谱广、持续时间较长、可控的抗病性表达河南农业大学理学院本科毕业论文5时间和空间等特点，这些特点决定了壳寡糖在植物诱导抗病性方
