壳寡糖衍生物

1 绪论

1.1 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。

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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β-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前景。 1.1.1 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Albersheim [2]

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，以浓度为50μg/mL和75μg/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株水稻幼苗发病情况的统计结果显示，经5μg·mL-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2～3级，植株抗病级数为1～2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4～5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 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20～30 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60～90 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0.05 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 Atsushi[14]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。Takezawa[16]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20～30 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60～90 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。壳