壳寡糖简介

壳寡糖简介（一位教授的信，实际效果不知）

1寡聚糖对植物的生长调节作用

长期以来由于认为糖在生物有机体的作用远在核酸及蛋白质之下，故其功能一直未得到应有的重视。近年来，发现生物体内绝大多数蛋白质表面都连有数目不等的寡糖链(一般将少于12个糖基的糖链称为寡糖，多于12个糖基者称为多糖)，这些寡糖在许多生命过程中都具有重要的功能，如参与蛋白质的折叠、维系空间结构、介导特异的识别过程(细胞识别和分子识别)；作为某些重要生物大分子的保护性储存库(某些生长因子与寡糖结合能免受非特异的水解从而延长其寿命)；引导胞内某些特异蛋白(酶)的靶向定位等等。现已发现，不仅与蛋白质结合的寡糖具有广泛的生物学效应，游离的寡聚糖本身在许多生命过程中也都有重要的生物学效应，某些寡聚糖与激素相似，它们依赖于糖链结构的不同调控着植物的生长、发育以及对逆境的防御等重要生理过程。

寡聚糖作为植物免疫激活因子的基础研究始于20世纪60年代，Ayers等于1976年发现细胞壁的寡糖片段能诱导植物植保素(Phytoalexin)合成。Bishop于19 81年发现番茄病原菌分泌的多聚半乳糖醛酸酶(PG)消化果胶多糖得到的片段，可诱导蛋白酶抑制剂的合成与积累。以后又发现寡糖可以诱导乙烯、甲壳素酶、葡聚糖酶、富含羟脯氨酸糖蛋白等的产生。1985年Albersheim首次提出了寡糖素(Oligosaccharins)这个新概念和新领域，并认为寡聚糖具有调控植物生长、发育、繁殖、防病和抗病等方面的功能，能够刺激植物的免疫系统反应，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。特别是不同来源的寡聚糖可针对不同的病原菌，从而可开发针对各类病害的系列寡聚糖农药，解决基因工程遗传育种也很难解决的病原菌生态变异小种的问题。这些寡聚糖分子在很低浓度(nmol/L)下，可作为一种信号分子调控植物的生长发育和植物抵抗逆境(虫害、病原菌入侵、生理逆境)的防卫反应。把这些有生物活性的一类寡糖分子统称为寡糖素。第一个寡糖素即发现于真菌细胞中，具有活化被子植物的防卫反应的功能。不久，在高等植物细胞内也发现了能引起类似防卫反应的寡糖素，这些来源于植物的寡糖素除具有激发子(Elicitor)效应能引起防卫相关反应，某些激发子可以是寡糖素、诱导植物产生的抗病抗虫化合物(植物抗毒素、酚类等)和相关蛋白(蛋白酶抑制剂、苯丙氨酸解氨酶等)，除参与植物的防卫反应外，还具有调控植物生长发育的功能，如促进或抑制豌豆茎切断的伸长生长，抑制生长素促进的烟草外植体生根，多聚半乳糖醛酸酶(PG)激发番茄中乙烯的产生，从而促进果实成熟。

目前已知的寡糖素大多是一些细胞和真菌细胞壁结构多糖的降解产物中有活性的寡糖组分，如真菌b-寡葡聚糖(Fungal oligo-glucan)、木葡聚糖类寡糖(Xylogl ucaonderived oligosaccharide)、果胶类寡糖(Oligosaccharide of pectin)、b-寡木聚糖(Oligo-b-xylan)、壳寡糖(Chito-oligosaccharide)、某些糖蛋白(N-Linked glycoprotein)上寡糖链以及寡糖肽类等都是具有生物活性的寡糖素。

2壳寡糖的来源及基本物理化学性质

壳寡糖是水溶性的壳聚糖降解产物，又称为水溶性壳聚糖，壳聚糖(chitosan)是由甲壳素衍生而来的。甲壳素（chitin）又叫甲壳质或者几丁质，它广泛存在于微生物、酵母、蘑菇的细胞壁中，昆虫的表皮中，乌贼、贝壳等软体动物的骨骼内。尤其是虾、螃蟹等甲壳类的水生动物的甲壳中含有丰富的甲壳素（约1/4~ 1/3）。有虾蟹壳经过酸碱处理可得到甲壳素。甲壳素在自然界的合成量仅次于纤维素，是地球上第二大再生资源，每年其生物合成量约为100亿吨。

甲壳素是法国人Braconnot于1811年首次描述的，从那以后有关甲壳素的一些基础研究便逐渐开展起来，而壳聚糖是在1859年被Rouget发现的，自1950年以来有关甲壳素/壳聚糖的研究和开发便逐渐成为化学和生物领域的一个热点，并一直持续升温到现在。甲壳素的化学名称为聚β-（1，4）-2-乙酰氨基-2-脱氧-D-葡萄糖，甲壳素脱乙酰化产物为壳聚糖。它们的化学结构式如图1.2。

chitin chitosan

图1.1 甲壳素/壳聚糖的结构式

Figure 1.1The structure of chitin and chitosan

3 壳寡糖类物质的作用机理

从壳寡糖的化学结构来看，它显然不属于常用的农业化肥，同时也不是农药，但它却能使植物达到增产的效果。人们还不知道它的精确的生物化学行为是如何发生的。根据国内外现有的研究结果，已有的学说大致可归纳为两个方面：抗菌说和诱导说，有些假设已为实验所证实。

l 直接抑制病原菌生长

壳寡糖能抑制一些真菌、细菌和病毒的生长繁殖。目前，人们提出3种可能存在的机制。

[1] 改变病原菌细胞膜的流动性和通透性。壳寡糖为多聚阳离子，易与真菌细胞表面带负电荷的基团作用，从而改变了真菌细胞膜的流动性和通透性。

[2] 干扰DNA的复制与转录。壳寡糖对DNA有高度的亲和力，可以进入到病原菌的细胞核中，与带负电荷的DNA相互作用，影响真菌DNA的复制和RNA 的转录，从而抑制其生长。

[3] 阻断病原菌代谢。壳寡糖抑制真菌生长作用的机理是其在真菌细胞壁表面堆积，是真菌的代谢受阻。此外，郑连英等的研究表明：对壁结构不同的细菌，壳寡糖抑菌的作用机理也不同。对革兰氏阳性菌，壳寡糖分子能阻止营养物质进入其细胞，从而抑制其生长；对革兰氏阴性菌，壳寡糖分子则进入其细胞壁的空隙结构内，干扰其细胞的新陈代谢。

l 诱导病程相关蛋白，积累次生代谢产物

病程相关蛋白（Pathogenesis-related proteins,简称PRs）最早是Van 和VanKammen于1970年在由烟草花叶病毒（TMV）诱发产生过敏反应的烟草叶片中检测到的。至今已在7个科的30多种植物中发现了PRs。近年来，人们对壳寡糖在不同植物中诱导的PRs与抗病性关系作了较为广泛的研究。

外源施用壳寡糖或受病原菌攻击时，许多植物-病原菌作用系统中都可诱导产生大量几丁质酶和1，3-葡聚糖酶，但在高等植物中尚未发现这两种酶的底物，因此推测其具有抗病菌的作用，而在植物自身代谢中没有作用。这些酶能与植物病害菌或害虫外皮的甲壳质反应，并阻止其侵入植物组织内，从而增强了植物自身对敌害的防御能力。壳寡糖能诱导植物抗毒素的合成，特定结构的壳寡糖具有调控植物生长、发育、繁殖、防病和抗病等方面的功能，能够刺激植物的免疫反应，激活防御反应和调控植物生长，产生具有抗病害的物质，抑制病害的形成[36]。研究表明，四至六环的壳寡糖已经显示出诱导活性，而六个以上环的壳寡糖在nM~μM的浓度范围内就可引起水稻细胞的抗毒素积累。

酚类是植物重要的次生代谢物质，一般认为植物受到病源物侵染与干扰后，病原物可诱导酚类物质的形成和积累，最后形成植保素。这是寄主植物对病原物很明显的防御反应。很多文献报道了植物受到来自病原菌的诱导物作用后，同样激发了植物体内与酚类物质代谢有关的重要酶苯丙氨酸解氨酶(PAL),过氧化物酶(P O)、及多酚氧化酶(PPO)的活性有明显提高的现象[37，38]。杜声亮等人用壳寡糖溶液对黄瓜幼苗进行叶面喷洒处理，一周一次，共重复三次，最后一次喷洒后的第三天摘取黄瓜苗的第二真叶，进行酶活性的测定，发现PAL，PO，PPO的活性均有很大的提高[39]。甲壳素也可提高某些生防菌的防效，Harman等在研究利用哈氏木霉（Trichoderma harzianum）作为生防制剂防治腐霉菌和丝核菌时，发现添加壳寡糖可提高哈氏木霉的防治效果，原因是增强了木霉菌几丁质