海藻糖在农业上的应用

海藻糖在农业上的应用 海藻糖在农业上的应用 农技服务.2008.25(2):122—123责任编辑胡先祥责任校对时倩倩 海藻糖在农业上的应用 谢桂英,吴少英 (河南农业大学植物保护学院,河南郑州450002) 摘要介绍了海藻糖的理化性质,生物学特性及其在植物保护,抗病育种,果蔬保鲜 等农业上的应用. 关键词海藻糖;农业;应用 中图分类号S13文献标识码A文章编号1004—8421(2008)02—122—02 海藻糖(trehalose)是由2个葡萄糖分子通过a,a一1,1 一 糖苷键连接而成的非还原性双糖.分子式为c,:HO..? 282O,海藻糖有3种异构体,分别是海藻糖,异海藻糖和新海 藻糖,但天然存在的是海藻糖.1832年,海藻糖最初是由 Wiggers从黑麦的麦角菌中分离到J.随后又在许多动植物 和微生物中发现,由于从海藻中也能获得该糖,所以一般称 其为海藻糖.在酿酒酵母中主要合成和分布在子囊孢子和 细胞质中,所以又称酵母糖,是一种天然糖类,对人体无毒副 作用.1985年,英国剑桥大学的学者研究表明,长年生活在 沙漠地带的一些昆虫和植物,在中午50?的气温下几乎被干 燥脱水,处在生理学上的假死状态,但一经降雨等水分补充, 数小时后就能复活.这种复活现象是因为这些生物体内存 在着高浓度的海藻糖.此外,一些蛙类等生物能在严寒条件 下生存下来,其重要的原因也在于海藻糖对细胞的保护作 用.随着研究的不断深入,人们逐渐发现其诸多奇特功效. 后来发现外源性的海藻糖同样具有对生物体和生物大分子 良好的非特异性的保护作用.由于海藻糖对生命保护的深 刻意义,因此有人把海藻糖誉为"生命之糖".笔者探讨了海 藻糖的理化性质,生物学特性及其在植物保护,抗病育种,果蔬 保鲜等农业上的应用,以期为海藻糖的开发利用提供依据. l海藻糖的理化性质 海藻糖能溶于水和热醇,不溶于乙醚.其水溶液性质稳 定,无色无味,口感略带甜味.在体内可被酶水解成葡萄糖 而被利用.海藻糖是一种功能及能量型糖类,甜度是蔗糖的 45%,但与蔗糖不同的是,其味质爽口,不留后味;其溶解度 较蔗糖低,与麦芽糖相当.它还具有多种优良理化性质: 1.1稳定性海藻糖与蔗糖属同分异构体,但由于它不带 可游离的醛基,没有还原性,因此对热和酸都具有非常好的 稳定性,是天然双糖中性质最为稳定的糖,不为一般的酶所 分解,只为具有特意性的海藻糖酶水解.在pH值为3.5, 10.0的溶液中,保持100~C24h,分解率仅为l%,而同样条 件下其他常见糖类物质会有高达50%,90%发生化学变化. 海藻糖的水溶液在120?处理90min不褐变,在37?放置30 — 60d不分解不褐变.在各种浓度的氨基酸和蛋白质溶液 中加入海藻糖于沸水中处理90min不褐变,即使在与氨基酸 和蛋白质等混合加热也不会发生美拉德反应J. 1.2吸湿性无水结晶海藻糖具有很强的吸水性,如遇含 水物质,能有效地吸收该物质中的水分子,自身成为含水结 作者简介谢桂英(1975一),女,河北兴隆人,硕士,讲师,从事农药 学教学与科研工作. 收稿日期2008-.01-02 晶海藻糖.因此,无水结晶海藻糖是一种理想的热敏性物质 的脱水剂. 1.3抗腐蚀性海藻糖不易生成不溶性的葡聚糖,而且能 抑制由砂糖产生的不溶性葡聚糖的附着,因此,海藻糖不易 被口腔中引起龋齿的变异链球菌所利用. 2海藻糖的生物学特性 大量研究表明,生物体内的海藻糖对生物体和生物大分 子具有非特异性保护作用.这种非特异性保护作用主要体 现在:当生物细胞处于饥饿,干燥,高温,低温冷冻,辐射,高 渗透压及有毒试剂等各种胁迫环境时,细胞内海藻糖含量迅 速上升,对多种生物大分子(生物体膜,蛋白质)结构特性具 有保护作用,可有效保护生物分子结构不被破坏,保证生命 物质的生理特征和生命过程,从而保持生命细胞的活力.外 源性的海藻糖同样对生物体和生物大分子具有良好的非特 异性的保护作用. 海藻糖对生物体起保护作用的原因,已提出有2种假 说,即"水代替"假说和"玻璃态"假说."水代替"假说 认为生物体中的大分子均被l层水膜包围着,这是维持其结 构和功能必不可少的物质基础.干燥时水膜的除去,将导致 这些大分子物质发生不可逆变化,干燥过程中着有海藻糖存 在,可在生物大分子的失水部位与这些分子形成氢键,使其 在缺水条件下仍能保持原有结构,而不丧失活性.而"玻璃 态"假说认为当干燥生物活性物质存在时,海藻糖紧密地包 住相邻的分子,形成一种在结构上与玻璃状的冰相似的碳水 化合物玻璃体,其扩散系数很低,分子运动变性反应非常微 弱,能够使生物分子维持一定的空间结构.一般认为是海藻 糖在生物体内束缚了水分子的运动,并与膜脂质共同拥有结 合水或者直接代替了膜结合水,从而有效防止了生物体中膜 蛋白的变性.目前,这2种假说还不能完全解释现有试验现 象,因此,海藻糖保护生物活性物质的机理仍需深入研究. 3海藻糖在农业上的应用 研究发现当生物处于逆境时,海藻糖含量增加,是一种 典型的应激代谢产物.由于其具有抗逆,抗寒,抗旱,耐高 温,吸水,低甜度,保湿,保护生物等特点,使其在食品,保健 品,医药,化妆品,农业等方面有着很大的应用前景,已成为 近年来研究的热点. 3.1植物保护鉴于海藻糖在昆虫的能量代谢中占有重要 的位置,而哺乳动物则无此代谢过程.因此,这个代谢过程 成为抑制害虫的靶点之一一.海藻糖具有释放葡萄糖,提 供昆虫飞行所需能量的重要作用.而海藻糖的这种特殊 的生化功能必须在海藻糖酶的直接参与下才能完成.海藻 25卷2期谢桂英等海藻糖在农业上的应用123 糖酶可将海藻糖分解成2个葡萄糖.对昆虫和真菌而言,海 藻糖酶对其生命过程具有重要的影响.通过抑制海藻 糖酶的活性,就有可能达到杀死害虫和防治病害的目的. 3.2增强植物的抗逆性高等植物体中已证明海藻糖代谢 的存在,绝大多数维管植物中其含量相当低,所以可利用外 源的海藻糖来研究其在逆境条件下对植物的生理功能.利 用0.1%的海藻糖溶液浸泡水稻种子,经2?和6~C低温处理 后,水稻幼苗的细胞电解质渗出率显着降低,淀粉酶的活性 及幼苗可溶性糖含量明显提高,对寒害的修复能力也得到提 高,而且处理温度越低,海藻糖的相对效应就越明显.经 海藻糖处理的绿豆幼苗,在干燥和冷冻条件下,其质膜上的 l~Ig2,K一ATPase活性显着提高.根瘤中积累海藻糖的 大豆,干旱胁迫下其叶片相对含水量较高且耐早性也强. 经不同浓度的海藻糖预处理的小麦,在NaC1溶液中生长,其 细胞电解质渗出率显着降低,海藻糖能防止叶绿素的降解, 保持较高的根系活力,提高盐条件下干物质的积累和植物生 长速率.10mmoI/L的海藻糖处理NaC1胁迫条件下的水 稻幼苗,发现海藻糖能降低NaCI对水稻幼苗生长的抑制作 用,防止叶绿素的降解,改变离子在水稻植物体中不同部位 的分布,使叶片中盐积累量大大降低,并伴有叶鞘中离子的 增加,促进幼苗根部通气组织的形成,抑制Salt基因的表达, 试验中还发现用不同的海藻糖浓度,不同的处理时间得出的 结果也不相同. 3.3育种通过生物工程技术构建含海藻糖的转基因植 物,特别是粮食和经济作物富含海藻糖,能增强植物的抗旱 性和耐寒性,还能使农作物加工后显得更鲜,风味更佳;还可 用于家畜以及饲养动物的饲料中,使动物更加喜食,也为改 . 造沙漠,绿化荒旱地提供最为有利的保障.荷兰植物生物技 术公司将大肠杆菌的海藻糖合成酶基因导入甜菜,马铃薯 中,在获得大量海藻糖的同时,也增强了植物的抗旱性和耐 寒性. 3.4果蔬保鲜目前的脱水蔬菜在用水浸泡后并不能恢复 原态,而且食味几乎丧失贻尽.可利用海藻糖对植物细胞结 构良好的保护作用,生产出复水后变得鲜嫩的脱水蔬菜产 品.同样,用海藻糖干燥水果仍可保留原有的风味,色泽,质 地和香气. 参考文献 [1]NIELSENK.Stabilityoffreeze批edhorseradishpreoxidaseconjugated monodonalantibodiesusedindiagnosticserology[J].JImmunoassay. 1995,16(2):183—197. [2]NEWMANYM,RINGSG,COLACOC.Therole0f~haloseandother carbohydratesinbiopreservation[J].BiotechnologyandGeneticEngineer- ingReviews.1993,11:263—294. [3]李浩明,商蓉海藻糖在生物制品干燥与保存中的研究应用[J].食品 与发酵-E,II/,1994(4):49-51. [4]ROSERB.Trehalosedryinranovelreplacementforfreezedrying [J].Bioph~,1991,4(3):47—53. [5]聂凌鸿,宁正棒海藻糖的生物保护作用[J].生命的化学,2001,21(3): 206—209. [6]池明姬,冯化成.海藻糖酶一杀虫剂的作用靶标[J].世界农药, 2003.25(5):34-36. [7]徐晓勇,李志斌李忠,等.新型海藻糖酶抑制剂的合成及生物活性[J]. 珊代:农药,loo2(6):12—14. [8]李绍文.昆虫生物化学[M].北京:科学出版社,1985. [9]ELBEINAD.Themetabolism0fa,a—trehalose.In:'ripson.R.S..Hor- ton,D.(Eds.),Advancesincarbohydratech~aistryandbiochemistry. AcademicPress,NewYork,1974,30:227-256. f1O]WYArITI'GR,KALFGF.Thechemistryofinsecthemolymph.?Treha- loseandothercrbohydrates[J].JournalofGeneralPhysiology,1957,40: 833—847. [11]邓如福,裴炎,王瑜宁.海藻糖对水稻幼苗抗寒性研究[J].西南农业 大学,1991,13(3):347—350. [12]裴炎.海藻培对冷冻和于燥后绿豆幼苗r,ig2,K一ATPase活性和 TIE还原的影响[J].植物,1994,36(s):211-214. [13]FARIASRODROGUEZ.TheAccumuLation0fTrehaloseinNodules0f severalCultivarsofCommonBeanandCorrelationwithResistenceto DroughtStress[J].PlantPhysicl,1998,102(3):353-395. [14]王三根.海藻糖提高绵羊红15-g'd,麦幼苗耐盐能力的研究[J].西南 农业大学,1992,14(2):182—185. [15]ANAB,JANICES,ALNEIDAE,eta1.Effects0fOsmoproteetantsupon NaC1StressinRice[J].PlantPhysicl,1997,115:159—169. (上接第111页) 4.4输精确认输精枪进入子宫体时,先插入10cm左 右,再向后抽退一点,然后缓慢注入精液.注完精液后,先 轻轻地抽出输精枪,再缓慢抽回手臂. 5输精操作注意事项 5.1输精深度输精枪要插入子宫颈深部,即在子宫的5 , 8cm处,输精枪不要盲目插得太深,不论在何种情况下, 都不能将精液送到超过子宫角弯曲部,以免影响精子获能 和损伤子宫内膜而影响受精. 5.2输精?冷冻精液在子宫体内的输精量较新鲜精液 输精量少,大约为0.25ml,精子活力在3级以上,有效精子 数为1000万一2000万个. 5.3检查确认输精是否成功输精完成后,用左手轻轻揉 捏子宫颈数次,防止精液倒流,然后拉出左手.必要时还应 检查输精枪套嘴中是否有过多的残留精液,以判定输精是 否成功.在输精l0,12h后可再作直肠探摸卵巢卵泡,即 早上配种,晚上检查,晚上配种,次Et清晨检查;如果卵泡已 破裂,说明授精成功;如果卵泡还未破裂,可追加配种,以便 确保授精成功. 5.4输精母牛需作好配种记录主要记录授配时间,授配 母牛的编号,品种及年龄,授配冻精的品种及型号等内容; 配种现场记录必须准确,详细真实,以备定期进行检查和 分析. 参考文献 [1]张莺莺,咎林森,耿繁军,等.牛精液中药复方稀释液配方筛选研究 [J].安徽农业科学,2OO7,35(10):2916-2917. [2]张国鸿,李耀军,田国民.抓好黄牛冻精配种[J].畜牧兽医杂志,2OO7, 26(3):111. [3]孔宪黄牛^工授精 畜禽种业,2OO7,3(5):55. [4]刘赛,陈静波,原巨强,等.培养液中血清 的比较[J].中国 体外发育的影0向[J].安徽农业科学,2OO7,35(12):3556-3557. [5]赵英,李继文,彭永玺影响牛人工输精受胎率的因素[J].养殖技术顾 问,~oo7(6):22. [6]王鸥武,赵彦敏,李家友,等.肉牛冻精改良异地输精的方法及技术要 点[J].云南畜牧兽医,2OO7(1):36—37. [7]郑延卑.家畜受哦的知识[J].中国畜禽种业,2OO6,2(11):31.