（生物物理学专业论文）壳聚糖辐照降解及其产物对玉米促生和细菌抑生效应的研究.pdf

安徽农业大学硕士学位论文 摘要 壳聚糖是甲壳素脱去部分乙酰基后得到的一种高分子阳离子多聚氨基多糖，主 要存在于节肢动物的外壳中，在自然界产量仅次于纤维素。壳聚糖与生物体具有良 好的相容性，被广泛应用于工业、农业、医药、化妆品、膜材料等领域。本文采用 不同剂量的6 0 c o , z 射线辐照壳聚糖，研究其辐照降解效应，进行降解物的理化性质 分析和不同分子量低聚糖分离，研究不同剂量辐照产物的壳聚糖溶液对玉米种子发 芽、幼苗生长及相关生理生化特性的影响，同时研究壳聚糖辐照产物及不同分子量 范围的壳聚糖对枯草杆菌和大肠杆菌的抑生效果。结果表明： 1 、壳聚糖经6 0 c o 叶射线辐照后，可引起壳聚糖降解，导致其理化性质发生了 改变。p h 堪 、溶解度均随着辐照剂量的增大而增大，当辐照剂量为6 0 0k g y 时，其 溶解度和p h 值分别为0 2 0 4g 乜1 0 0m l ) d 和8 1 8 ，在供试范围内达最大值。在辐射 降解后的可溶产物中，0 1 0 0 0 d a 、1 0 0 0 3 0 0 0 d a 、3 0 0 0 d a 以上的3 个分子量范围 的降解产物含量也随着辐照剂量的增大而增加。当辐照剂量为6 0 0k g y 时，各组分 含量在实验范围内达最大，分别为o 0 4 2 7 1g ( g - 1 0 0m l ) 、0 0 3 8 9 7g 乜1 0 0m l ) 一、 0 1 2 2 3 2g ( g - 1 0 0m l ) 一，其可溶性降解物比例达2 0 4 。 2 、壳聚糖的辐照产物可提高玉米种子发芽率、促进玉米幼苗生长，提高玉米抗 逆相关生理生化指标。当辐照剂量为2 0 0k g y 时，壳聚糖辐照产物溶液浓度为0 3 时，可显著提高玉米种子萌发率和促进芽长；浓度为0 4 时，显著促进主根长度。 当辐照剂量为2 0 0 4 0 0k g y 时，产物溶液浓度为0 2 o 4 时，可显著提高胚乳 中a 淀粉酶活性和幼苗中叶绿素含量。当辐照剂量为2 0 0 4 0 0k g y 时，其辐照产物 浓度为0 2 o 3 时，可显著提高幼苗过氧化物酶( p o d ) 的活性；当辐照剂量 2 0 0 k g y ，浓度在0 2 0 3 时，苯丙氨酸解氨酶( p a l ) 活性显著高于对照。综合 上述实验结果及成本等因素，利用壳聚糖辐照产物开发玉米促生抗逆齐j 的适宜6 0 c o - 7 射线辐照剂量为2 0 0 3 0 0k g y ，浓度为0 2 0 3 。 3 、利用壳聚糖辐照产物、水溶性组份和非水溶性组份对大肠杆菌和枯草杆菌抑 生效果研究表明，在供试剂量和浓度范围内辐照产物能显著地抑制两种细菌的生长。 在4 0 0k g y , 浓度为0 8 时，对枯草杆菌和大肠杆菌抑菌圈直径达最大，分别为( 1 4 5 o 7 ) 蛐和( 1 5 8 0 8 ) m m 。分离得到的0 1 0 0 0 d a 、1 0 0 0 3 0 0 0 d a 、3 0 0 0 d a 以上的3 种水溶性低聚壳聚糖的抑菌效果不明显，但非水溶性的辐照降解产物浓度 在0 3 o 5 有较明显的抑制效果，这表明抑制枯草杆菌和大肠杆菌的生长需要 安徽农业大学硕士学位论文 较高分子量的壳聚耱( a 0 0 0 0 d a ) 。综合研究结果表明：利用6 0 c o y 射线辐照壳聚 糖开发抑菌剂其辐照剂量为4 0 0k g y 左右，辐照产物浓度为0 6 o 8 为宜。 关键词：壳聚糖降解物， 玉米， c o c o q 射线，大肠杆菌，枯草杆菌 安徽农业大学硕士学位论文 a b s t r a c t c h i t o s a ni sak i n do fc a t i o n i cp o l y m e rg l y c o s a m i n o g l y c a n sw h i c hi st a k e nf r o m a c e t y l - o f fc h i t i n c h i t i nm a i n l yc o n s i s t si nt h es h e l lo fa r t h r o p o d ，w h o s eo u t p u ti sa f t e r c e l l u o s ei nt h en a t u r a lw o r l d c h t o s a nh a sg o o dc o m p a t i b i l i t yw i t ho r g a n i s m s , s oi th a s b e e nw i d e l yu s e di ni n d u s t r y ，a g r i c u l t u r e ，m e d i c i n e ，c o s m e t i c s ，f i l ma n do t h e rf i e l d s i n t h i se x p e r i m e n t , c s a nw a sd e g r a d e dt h r o u g hr a d i a t e db ye e c o - y - r a ya td i f f e r e n td o s e s t h ed i f f e r e n tm o l e c u l a rw e i g h to l i g o s a c c h a r i d e sw e r es e p a r a t e da n dt h ep h y s i c o c h e m i c a l p r o p e r t i e so ft h ed e g r a d a t i o np r o d u c t i o nw e r es t u d i e d t h ee f f e c to ft h ei r r a d i a t i o np r o d u c t o fc h n o s a no nt h eg e r m i n a t i o n , g r o w t h ，p h y s i o l o g i c a la n db i o c h e m i c a lc h a r a c t e r i s t i c so f m a i z ew e r es t u d i e da n dt h ee f f e c t so fc h i t o s a no fd i f f e r e n tm o l e c u l a rw e i g h t so nb a c i l l u s s u b t i l i sa n de s c h e r i c h i ac o i lw e r ea l s os t u d i e d t h er e s u l t sa r ep r e s e n t e da sf o l l o w s ： 1 r a d i a t e db y ”c o - i f - r a y ，t h ec h i t o s a nw i l ld e g r a d e ，a c c o m p a n y i n gb yt h ec h a n g eo f i t s 助y s i c a la n dc h e m i c a lp r o p e r t i e s i t sp ha n ds o l u b i l i t ym o n o t o n o u s l yi n c r e a s ew i t ht h e r a d i a t i o nd o s ei n c r e a s i n g w h e nt h er a d i a t i o nd o s er e a c h e d6 0 0k o y , i t ss o l u b i l i t ya n dp h r e a c h e dm a x i m u m ，w e r e0 2 0 4 9 ( g 1 0 0m e ) a n d8 1 8r e s p e c t i v e l y i nt h es o l u b l e p r o d u c t sa f t e rr a d i a t i o n ，t h r e ek i n d so fd e g r a d a t i o np r o d u c t s ，w h o s em o l e c u l a rw e i g h t w e r e0 1 0 0 0 d a , 1 0 0 0 3 0 0 0 d aa n do v e r3 0 0 0 d a , i n c r e a s e dw i t ht h er a d i a t i o nd o s e i n c r e a s i n g w h e nt h er a d i a t i o nd o s ew a s6 0 0k g y , t h ec o n t e n to fe a c hc o m p o n e n tw i t h i n t h es c o p eo ft h ee x p e r i m e n tw a st h eb i g g e s t ，0 0 4 2 7 1g 乜1 0 0 m l ) 1 ，0 0 3 8 9 7g ( g 1 0 0 m l ) 一，0 1 2 2 3 2g ( g 。l o o m l ) “r e s p e c t i v e l y , a n dt h er a t i oo fs o l u b l ed e g r a d a t i o n p r o d u c t sr e a c h e d2 0 4 ， 2 c h i t o s a nd e g r a d a t i o n sc a ne n h a n c es e e dg e r m i n a t i o nr a t e , r a i s ec o r nr e s i l i e n c ea n d r e s i s t a n c e w h e nt h ei r r a d i a t i o nd o s ew a s2 0 0k g ya n dt h es o l u t i o nc o n c e n t r a t i o nw a s o 3 t h es e e dg e r m i n a t i o nr a t ea n dt h es p r o u t sl e n g t hw e r es i g n i f i c a n t l yh i g h e rt h a nt h e c o m p a r i s o n ；w h e nt h ei r r a d i a t i o nd o s ew a s2 0 0k g y a n dt h es o l u t i o nc o n c e n t r a t i o nw a s 0 4 ，t h el e n g t ho ft a p r o o tw a ss i g n i f i c a n t l yh i g h e rt h a nt h ec o m p a r i s o n w h e nt h e r a d i a t i o nd o s e sw e r e2 0 0 4 0 0k g ya n ds o l u t i o nc o n c e n t r a t i o n sw e r e ：0 2 一0 3 t h e a - a m y l a s ea c t i v i t ya n dt h ec h l o r o p h y l lw e r es i g n i f i c a n t l yh i g h e rt h a nt h ec o m p a r i s o n w h e nt h er a d i a t i o nd o s e sw e r e2 0 0 4 0 0k g ya n ds o l u t i o nc o n c e n t r a t i o ni s0 2 一0 3 m 安徽农业大学硕士学位论文 t h ep e r o x i d a s e ( p o 趴a c t i v i t yo fm a i z es e e dw a ss i g n i f i c a n t l yh i g h e rt h a nt h ec o m p a r i s o n w h e nt h er a d i a t i o nd o s ew a s2 0 0 k g ya n ds o l u t i o nc o n c e n t r a t i o ni s0 2 一0 3 t h e p e r o x i d a s e ( p a l ) a c t i v i t yo fm a i z es e e dw a ss i g n i f i c a n t l yh i g h e rt h a nt h ec o m p a r i s o n c o n s i d e r i n gt h e s er e s u l t sa n dc o s to fp r o d u c t i o n ，t oe x p l o d e rr e s i s t a n c er e a g e n to nm a i z e ， t h ea p p r o p r i a t e6 0 c o “- r a yi r r a d i a t i o nd o s e sa r e2 0 0 4 0 0 k g y , a n dt h ec o n c e n t r a t i o n si s o 2 一o 4 3 t h er e s u l t so ft h ei n h i b i t i o no fe s c h e r i c h i ac o i la n db a c i l l u ss u b t i l i sb yi r r a d i a t e d c h i t o s a nm i x e dp r o d u c t ，w a t e r - s o l u b l ec o m p o n e n t sa n dn o n - w a t e r - s o l u b l ec o m p o n e n t , s h o w e dt h a tt h ei r r a d i a t i o np r o d u c tc a ns i g n i f i c a n t l yi n h i b i tt h eg r o w t ho ft w ot y p e so f b a c t e r i ai nt h ev o l m n ea n dc o n c e n t r a t i o no fr e a g e n t w h e nt h ei r r a d i a t i o nd o s ew a s 4 0 0 k g y a n dt h ec o n c e n t r a t i o nw a s0 8 t h ed i a m e t e ro fa n t i b a c t e r i a lc i r c l eo fb s u ba n de c o i lr e a c h e dm a x i m u m , ( 1 4 5 o 7 ) a n d ( 1 5 8 + 0 8 ) r a m , r e s p e c t i v e l y t h ea n t i b a c t e r i a l p r o p e r t i e so ft h r e et y p e so fs e p a r a t e dw a t e r - s o l u b l ec h i t o s a no l i g o s a c c h a r i d eo f0 1 0 0 0 d a , 1 0 0 0 3 0 0 0d aa n do v e r3 0 0 0d aw e r ew e a k e rt h a nu n - w a t e r - s o l u b l ec h i t o s a n , s h o w e dt h a ti n h i b i t i o no ft h eg r o w t ho fe s c h e r i c h i ac o i la n db a c i l l u ss u b t i l i sn e e dl a r g e r m o l e c u l a rc h i t o s a n i ns u m m a r y , f o rd e v e l o p i n ge h i t o s a na n t i b a c t e r i a l r e a g e n tb y 6 0 c o - 7 - r a yi r r a d i a t i o n , t h ea p p r o p r i a t e6 0 c o - 7 - r a yr a d i a t i o nd o s ei s 4 0 0k g ya n dt h e i r r a d i a t i o np r o d u c tc o n c e n t r a t i o nr a n g ei s0 6 0 8 k e yw o r d s ：c h i t o s a ni r r a d i a t i o np r o d u c t s ，m a i z e ，e o c o yr a y , e c o l i , b s u b i v 安徽农业大学硕士学位论文 1 文献综述 壳聚糖( c h i t o s a n ) 是甲壳素( c h i t i n ) 脱去部分乙酰基后得到的一种高分子阳离子 多聚氨基多糖。甲壳素广泛存在于真菌的细胞壁及虾、蟹等甲壳动物外壳中，也是低等 动物如菌藻类的重要成分，是真菌细胞壁的常见组分。据统计，地球上每年由生物产生 的甲壳素高达1 0 0 亿吨，是继纤维素之后的第二大丰富资源【”8 0 年代以来，世界上 有关壳聚糖及甲壳素衍生物的研究日益广泛和深入，其应用前景十分广阔。 1 1 甲壳素壳聚糖的历史发展 甲壳素于1 8 1 1 年由法国学者h b r a c o n n o t 发现，当时他用水、乙醇和稀碱反复处理 蘑菇，最后得到一些呈纤维状的白色残渣。1 8 2 3 年，又一位法国科学家a o d i e r 从甲壳 昆虫的翅鞘中分离出同样的物质，他没有进一步化验此物质中是否含有氮，他认为此物 质是一种新型的纤维素，命名为c h i t i n ( 甲壳素) ，这个词由希腊文衍变而来，意为被膜、 铠甲。1 8 4 3 年，法国的a p a y e n 发现c h i t i n 与纤维素不同，同年，法国人j l l a s s a i g n e 发现c i t i n 中含有氮，从而证明c h t i n 不是纤维素。1 8 7 8 年，g l e d d e r h o r s e 用盐酸水解 c h i t i n 得到氨基酸葡萄糖和醋酸。1 8 5 9 年，法国人c r o u g e t 将c h i t i n 放在k o h 溶液中 煮沸，洗净后可溶于有机酸中，1 8 9 4 年，f h o p p e r - s e f l e r f 2 1 把这种化学修饰过的c i t i n 叫 做c h i t o s a r l ( 壳聚糖) 。 1 2 壳聚糖的结构和性能 甲壳素的学名为b - ( 1 ，4 ) 聚一2 - 乙酰氨基- d - 葡萄糖，构成甲壳素的基本单位是乙酰葡 萄糖胺。其结构式见图1 。甲壳素在生物体内常与其它结构物质交联( 硅藻除外) 。在真菌 一竺! 些鳖壁= 堕兰兰2 兰兰= 篮全譬= 翟鲨i 二答= 兰盐= 譬兽鳖耸台；i i 1 i 二二二二二二二二j 蓄蓄蓄蓄蓄蓄蓄蓄蓄蓄蓄蓄蓄蓄蓄蓄蓄蓄蓄蓄雪雪雪雪雪雪雪雪雪雪雪雪雪雪雪雪雪雪雪雪雪雪雪雪雪雪耆 安徽农业大学硕士学位论文 田1 甲亮蠢的结构式 n n t h e s t r u c t u r e - o f c b i t h t 甲壳素糖基上的n 乙酰氨基大部分被去掉的话，就是甲壳素最为重要的衍生物壳聚 糖，其结构式见图2 。一般而言，n 乙酰基脱去5 5 以上的就可称为壳聚糖捌。壳聚糖 分子呈直链状，极性强，易结晶，但由于熔点高于其自身分解温度，故不易得到非结晶 态的壳聚糖。 蟹2 壳聚糖的结构式 拼弘t h e s t r u t u r e o f c h i t o m m 壳聚糖为白色无定型、半透明、略有珍珠光泽的固体，因原辩不同和制备方法不同， 相对分子量在几十万到几百万之间，粘度与产品脱乙酰度及分子量大小有关，一般为 2 0 0 - 2 5 0 0 0m p a s 。不溶于水和碱溶液，能溶于稀无机酸和稀有机酸，形成粘性透明的胶 体溶液，并具有较强的吸附毖力，因分子中含有羟基，氨基的极性基团，吸湿性很强。 壳聚糖的理化特性指标主要有平均分子量，脱乙酰度，粘度，氮含量，水含量等。壳聚 糖的溶解性与其分子量脱乙酰度有关，分子量是粘度的主要参数，随着分子量的增加， 其粘度增加，水溶性减弱，脱乙酰度低的壳聚糖难以溶解。最近研究发现，壳聚糖的脱 乙酰度决定着其溶液中分子所带的正电荷，壳聚糖许多生理活性和特殊功能与其分子的 电荷有关。随着技术的进步，壳聚糖脱乙酰度已可高达9 9 ，其生理活性更强，功能 更多。因此，低分子量，高脱乙酰度壳聚糖的应用研究日益为人们所重视。 2 安徽农业大学硕士学位论文 1 , 3 甲壳素壳聚糖的降解反应 1 3 i 、微生物降解法 微生物降解作用主要是通过细菌和真菌分泌的甲壳素酶来完成，或通过脱乙酰作用 形成壳聚糖，再由壳聚糖酶降解，生成低聚糖或单糖，其降解的生化途径为【4 ：首先由水 解甲壳素糖苷健的降解酶系统，如外切酶从多糖链的非还原端开始以二乙酰壳二糖为单 位依次酶解，内切酶则随机的断裂稽苷健，昼- n 乙酰葡萄糖胺酶将双糖水解成单糖，某 些b n - 乙酰葡萄糖胺酶也有较弱的外切酶也有较弱的外切酶活性，从甲壳素多糖链的非 还原端开始以单糖为单位水解甲壳索还可通过脱乙酰作用形成壳聚糖，再由壳聚糖水 解产生壳二糖，最后被葡萄糖胺酶水鼹为葡萄糖胺。甲壳素和壳聚糖在自然界中的产生 和消失，其循环速率几乎相等，微生物在其中起到了关键作用。 1 3 2 生化降解法 甲壳素和壳聚糖的分子量通常在几十万到上百万。通过降解反应可得到不同分子量 的低聚物，其降解方法可分为酶降解法，酸降解法及氧化降解法三大类垆l 。 目前酶降解法有3 0 多种专一性或非专一性酶可用于壳聚糖的降解反应，这些酶包括 专一性降解酶如壳聚糖酶；非专一性降解酶如脂肪酶，溶菌酶，蛋白酶，朊酶，聚糖酶 等【6 1 。专一性酶可特异地选择切断糖苷键，可以得到较高聚合度的壳聚糖，且降解条件 温和，反应易于控制，但价格昂贵，尚难实现大规模生产。 壳聚糖易溶于稀酸溶液中，而要使用酸对壳聚糖进行降解反应，必须强化水解条件。 主要有h c l 水解法，h f 弦，浓硫酸法等。水解法制备壳聚糖是一种较好的方法所用试 剂廉价易得，易于产业化，但产品的聚合度不好控制，而且使用强酸，势必对环境会造 成一定的污染。 氧化降解法 7 - 1 2 3 是目前研究的比较多的一种壳聚糖降解法，有h 2 0 2 法，n a b 0 3 法， a 0 2 法，a 2 法等。氧化降解在制备较高分子量( 1 0 4 左右) 的低聚糖产品时较有利，但 氧化降解法普遍采用多种试剂进行降解反应或产物的后处理，给分离纯化带来了一定的 困难；而且有些氧化法会引起反应产物结构发生变化。 1 3 j 物理降解法 常用的物理降解法有高温裂解法，超声波法，微波法，辐射法等。高温裂解法因产 品分子量分布较宽，裂解为无序发生，反应难以控制丽未能大规模工业化应用，但其具 有产品无外加试剂污染，后处理容易的优点。超声波法降解壳聚糖，壳聚糖的n h 2 含量 3 安徽农业大学硕士学位论文 不随对间而变化f 1 3 1 ，但用超声波处理过的壳聚塘溶液的粘度会随存放对间的增加而减少 p ，且超声波降解法收率太低，导致生产成本过高，要实现工业化还有待于进一步研究。 微波降解壳聚糖可以使甲壳质脱乙酰化反应与壳聚糖降解反应同时进行，这样降低了甲 壳质脱乙酰化过程的碱用量，缩短了反应时间，有效地降低了成本【堋。该方法用来制备 生物和医用材料以及生物和医用材料的消毒l 摇1 7 j 。辐射对壳聚糖的降解效应，赵文伟等 做了较详细的研究【坤1 9 1 ，发现壳聚糖分子中的脱乙酰基单元比乙酰化单元更易被高能辐 射破坏，在辐射作用下主要通过糖苷键的断裂降解，并且产物的粘均分子量的倒数与辐 射剂量有线性关系，表明该方法能有效控制可聚糖的降解程度，且产物稳定，无外加试 剂污染，易于后处理。辐射降解不但不会破坏壳聚糖分子链上的- n h 2 ，反而使其数量 略有增加【冽，这是与化学降解的重要区别，也是辐射降解自身的优点，分子链上足够数 量- n h 2 的存在不但可以改善壳聚糖的溶解性和生物相容性【2 1 1 ，而且为壳聚糖进行进一 步的化学改性提供了前提条件。高能辐射处理降解壳聚糖的方法将广泛应用于工业生产 中。 1 4 壳聚糖的应用。 壳聚糖所特有的各种生理活性和功能性质，使其在食品，医药，农业，化妆品等领 域都具有独特的应用价值。 1 4 1 在食品行业中的应用 壳聚糖不但具备水溶性，使用方便，而且抑制腐败菌性能效果显著，兼备多种功能 作用，是性能优良的天然食品防腐保鲜剂阎。壳聚糖还可以作为食品添加剂，改善食品 的风味，流动性和食品结构形状，控制粘度，增加纤维含量等，例如：壳聚糖可作为豆 腐的凝固剂 2 3 1 ，可用作果汁等的澄清剂等。 壳聚糖能溶解于弱酸中，是很方便的成膜材料，而且这种膜是可食用膜，同时，又 可在永和热水中保持原状，因此特别适合于固体，液体食品的包装 1 4 3 , 在化妆品中的应用 壳聚糖及其衍生物吻合各种化妆品理化指标需要。有较高聚合度的低聚糖能美容， 抗皱，抗菌，消炎，吸湿，保湿，并对冻疮，青春痘有特殊疗效，作为天然的无任何副 作用的化妆品将会得到更广泛的应用。壳聚糖可制备成水剂，醇溶剂，粉剂，乳胶状， 膏状，海棉状，凝胶，溶胶，纤维和多孔状等，可作为化妆品的稳定剂，表面活性剂， 4 安徽农业大学硕士学位论文 增稠剂，防腐剂，澄清剂，成膜剂，保湿剂，抑菌剂和着色剂等。因此在化妆品中可聚 糖也已展露头脚，日本已有这类化妆品上市。 1 4 3 在医学领域的应用 壳聚糖及其衍生物具有增强免疫、促进伤口愈合、促进上皮细胞增生和血管生成、 止血、抗菌、抑制肿瘤、降血糖及血脂、调节生理功能等作用，在医学领域具有广泛的 应用前景。 1 4 3 1 抗菌作用的研究 大量研究表明，壳聚糖具有天然抗菌活性，抗菌谱广它能有效地防治真菌、细菌 和病毒性病害。壳聚糖的抑菌活受多种因素影响，但其中关于分子量对其影响的争论较 多。有报道分子量3 0 万以下的壳聚糖对革兰氏阳性菌的拮抗作用随着分子量增大而增 强，而对革兰氏阴性菌的拮抗作用随着分子量减小而增强 2 4 1 。夏文水用低聚壳聚糖通过 对大肠杆菌的抗菌活性实验证明，低聚壳聚糖的抗菌活性随着其分子量的降低而逐渐增 强，尤以均分子量为1 5 0 0 左右的低聚壳聚糖的抗菌效果最好，而且通过实验比较，证明 了游离氨基的存在是壳聚糖抗菌抑菌作用的基础【矧。而k e i s u k e ue n o 2 6 l 的论文报道 对s t a u r e u a ( 金黄色葡萄球菌) 和ec o l i ，平均分子量小于5 0 0 0 的壳聚糖不仅没有抗 菌作用，反而能促进细菌的生长，而分子量约为9 3 0 0 的壳聚糖几乎可以完全抑制细菌 生长。叶磊等研究了壳聚糖对食品中常见微生物的抑制作用，结果表明：3 种不同分子量 的壳聚糖对金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌、枯草杆菌、短小棒状杆菌、大肠杆菌、白 色念珠菌等所有被试菌都有明显的抑制作用，随分子量的增大，壳聚糖的抑菌作用逐渐 减小吲。 j e o n 对壳聚糖和壳低聚糖的抑菌活性做了大量的研究，认为壳聚糖的抑菌效果要好 于低聚壳聚糖，而且它们的抑菌效果都与分子质量有关瞄】。i j u 测定了分子质量从5 0 0 0 1 0 8 x l o 的7 种壳聚糖的抑制大肠杆菌的能力，认为当壳聚糖的分子质量在 5 0 0 0 9 1 6 x 1 0 4 u 时，其抑菌能力是随分子质量的增加而增加的；当壳聚糖的分子质量在 9 1 6 x1 0 4 1 0 8 x 1 0 6 u 时，其抑菌能力是使分子质量的增加而下降的f 2 9 l 。n o 等用六种不 同分子量的壳聚糖( c s ：m w = 1 6 7 1 k d a ，1 1 0 6 k d a ，7 4 6 k d a ，4 7 0 k d a ，2 2 4 k d a 和2 8 k d a ， 注：d a 为分子量单位d a l t o n ) 和六种不同分子量的壳聚糖低聚物( c o s ：m w = 2 2k d a ， 1 0k d a ，7k d a ，4k d a ，2k d a 和1l a ) 分别对四种带负电和七种带正电的细菌进行 了抗菌抑菌活性实验。研究结果表明，c s 的抗菌抑菌活性明显强于c o s ，c s 对大部 分细菌具有抑制作用，并且c s 和c o s 分子量的不同和细菌种类的不同将影响到对细 菌的抑制活性。在c s 浓度为0 1 时，其对带正电细菌的杀死效果强于带负电的， 5 安徽农业大学硕士学位论文 由于c s 的分子量的不同和细菌种类的不同，其最小抑制浓度( m i c ：m i n i m u mg r o w t h i n h i b i t o r yc o n c e n t r a t i o n ) 在o 0 5 o 1 之间 3 0 l 。j e o nyj p l 】和j u m a am 3 2 1 也同样发 现随着分子量增大，抑菌效果也增大。 1 4 3 2 壳聚糖可以提高机体免疫力。 1 9 8 6 年，s u z u k i 等田谴过对b a l b c 白鼠腹腔注射聚合度为4 7 的壳聚糖发现 腹膜渗出液的细胞( p e c ) 数量明显增加，p e c 主要由多形核白细胞但m n ) 组成，并 认为p m n 表面存在n - 乙酰- d 葡萄糖胺残基受体，壳聚糖和受体结合后激活p m n ， 从而激活机体免疫系统，在抗肿瘤，抗感染等方面显示重要作用。进一步研究发现，壳 聚糖通过激活花生四烯酸代谢系统促进中性粒细胞对其产生趋化作用，且p g e 2 能加强 中性粒细胞对壳聚糖的识别 z “- 3 7 1 。 1 4 3 3 抗肿瘤作用的研究 1 9 8 5 年，s u z u k i 等州就几丁六糖和壳六糖的抗肿瘤作用作了报道。他们在移植了 s 1 8 0 的d d y 鼠上分别静脉注射几丁六糖和壳六糖，结果发现七天后发现产生明显的肿 瘤细胞抑制作用：采用1 0 0m g n c g d ，连续3 次，抑制率分别为8 5 和9 3 ；而增加 至连续5 次时，则能完全抑制肿瘤生长。接着，s u z u k i 等p 6 】又做了一系列实验，证明几 丁六躺和壳六糖对m e t h - a 瘤细胞也有明显的以致作用，且以l o m g n 强时作用最强 另外，目前国内也有低分子壳多糖应用于肿瘤放疗患者检测其对免疫功能影响的报 道。王中和等【3 8 l 用低分子壳多糖口服液对临床患者进行辅助治疗，发现低分子壳多糖能 调节免疫机能，减少放疗对患者免疫功能的影响，有较好的抗肿瘤辅助疗效。国内北京 联合大学文镜等p 9 1 研究表明；低聚壳聚糖( 6 9 个单糖分子) 能够抑制体外培养的肿瘤 细胞d n a 的合成。中国科学院大连化物所杜昱光等【加l 研究发现壳聚糖对5 种肿瘤细 胞生长均有明确的抑制作用，抑制率高达7 9 ，其中以对人肝癌细胞生长抑制作用效果 最好。 1 4 3 a 壳聚糖对高血压的影响 试验和流行病学调查都证明，摄入过多的食盐会增加高虚压，这是由于食盐中氯离 子可以激活血管紧张素转换酶的活性，使能强烈收缩血管的血管紧张素i i 大大增加，血 压随之升高。如果抑制了这个酶，血压就会下降。壳聚糖类物质减少氯离子的吸收，因 此也可以视为天然的血管紧张素转换酶抑制剂。 1 4 a 壳聚糖及壳寡糖在功能材料领域中的应用 壳聚糖可用于膜材料，载体，吸附剂，纤维，医用材料等。在医药工业，可制成吸 收性手术缝合线，创口贴，免疫促进剂。利用其物理机械性能，可制成膜状，胶状，粉 6 安徽农业大学硕士学位论文 状物和润滑剂，抗凝血剂，抗胆固醇剂，抗胃炎剂，酶固定化材料，影形眼镜，透析膜， 药物传送载体，人工肾，人工心脏瓣膜，粘膜止血剂，人造皮肤等众多用途产品。 1 4 4 1 血液接触材料 壳聚糖作为一种常用的生物医用材料，经常会与血液接触。壳聚糖本身具有较强的 凝血作用，包扎用纱布经壳聚糖溶液处理后包扎伤口，能立即止血【4 l - 4 2 1 。壳聚糖纤维制 成的外科手术缝合线，由于其良好的生物可降解性，术后无须拆线，受到病人和医生的 欢迎。可聚塘制造的人工皮肤和伤口掩膜材料，和其他壳聚糖生物医用材料一样，由于 其纯坦然材料的本质，加上其优异的生物兼容性和生物可降解性。市场总额约为2 5 0 亿 元 1 4 4 2 一种有潜力的组织工程支架材料 壳聚糖植入生物体引起的排异反应小，可被体内的溶菌酶缓慢降解而吸收，即具有 生物兼容性和生物可吸收性。壳聚糖可制各成海绵膜材或纤维状支架材料以满足组织工 程对支架材料的各种要求。由于这些特天人们对它在生物材料领域应用前景的认识日益 深刻对其研究与开发日益增强【4 3 】。 1 4 4 3 眼科用品 甲壳素和壳聚糖可以制作接触镜片和接触镜片的清洗液，还可制作人造眼泪和消炎 眼药膏，而且展现了诱人的前景。 1 4 4 4 药物缓释剂 用壳聚糖制备的纳米粒具有缓释，控释，靶向释放药物。增加药物吸收，提高药物 的生物利用度，降低药物毒副作用；自身安全无毒等优点。此外，还可装载多种基因药 物；制成冻干粉针剂，容易保存，基因药物活性不受影响。新近研发发现壳聚糖能与d n a 有一定的保护作用，使其免受核酸酶的降解，提高d n a 有效的成键，并对d n a 有一 定的保护作用，使其免受核酸酶的降解，提高d n a 半衰期，延长基因表达时间；壳聚 糖一d n a 复合物形成纳米颗粒，在体内或体外可将质粒d n a 有效导入细胞内或体内组 织，并可持续稳定表达【俐7 l 。 1 4 5 壳聚糖在农业领域中的应用 壳寡糖可有效提高水果和蔬菜产量，防治病虫害，增殖土壤和生物菌肥的有益菌， 被誉为不是农药的农药，不是化肥的化肥，壳聚耱的这种药肥双效的特殊作用决定了他 在农业领域的广泛应用。壳聚糖及壳寡糖可应用于农药，饲料添加，种子处理，土壤改 良等。 1 4 5 1 壳聚糖土壤改良剂 7 安徽农业大学硕士学位论文 将壳聚糖施入到土壤中，可有效其到抑制土壤中病原菌的作用，促进植物生长。壳 聚糖为土壤有益菌如放线菌提供营养物质，可促进放线菌的繁殖并诱导放线菌产生壳聚 糖酶，从而抑制土壤病原菌生长和繁殖；同时由于放线菌大量繁殖，可改善土壤微生态环 境和提高植物品质，从而达到增产的目的。为使壳聚糖更好她分教到土壤中，可用卤佬 锂、二甲基乙酰胺、水等混合溶剂，使壳聚糖溶解其中配制成溶液，再用锯末等载体吸 收，干燥后施到土壤中。如果将壳聚糖制成胶体溶液、颗粒剂，施加到土壤中，也能起 到阻止霉菌繁殖、促进作物生长的作用。以壳聚糖为基本成分，配以化肥、微量元素等 营养成分及防腐剂，可制成用于无土栽培的叶面液体肥料【鹌j 。 1 4 5 2 饲料、饵料添加剂 用壳聚糖等包膜的蛋氨酸、赖氨酸饲料添加剂，能选择性地在反刍动物第四胃和肠 中释放出活性物质。牛奶的无脂固形成分是影响其价格的重要应素，将5 7 】( g 壳聚糖 在6 0 天时间内投放到奶牛的饲料中，结果牛奶中无脂固形成分平均增加了0 3 ，大大 提高了牛奶的品位【4 9 】( 赵云强等2 0 0 1 ) 。利用甲壳质和壳聚糖作鸡饲料添加剂，能使小鸡 明显增重：做鱼饵料添加齐j 对鱼有显著的增重作用；在猪饲料中添加壳聚糖，可以提高育 肥猪的瘦肉率。美国f d a 伯r 品及药物管理局) 已批准甲壳素和壳聚糖用于食品及食品 加工，1 9 8 3 年也批准用于饲料添加剂刚。 1 4 5 3 果蔬保鲜剂 壳聚糖涂膜在果实表面形成一层薄膜后，阻止水分蒸发和病菌侵入，调节呼吸作用， 从而延长果蔬保鲜时间。水茂兴等f 5 1 1 ( 2 0 0 i ) 用两中分子量壳聚糖混合配置的保鲜液处理 番茄，青椒，常温( 5 1 5 ) 下贮藏2 0 天，果实腐烂指数，失水率明显较低，固形物， 有机酸，可溶性蛋白和v e 等含量增加，可溶性糖含量则减少；膜脂过氧化作用减弱， m d a 含量减少，膜透性降低。壳聚糖添加钙盐或助剂的保鲜效果显著增强美国，加 拿大等用壳聚糖衍生物作为水果保鲜剂，保鲜可达9 个月。陈安和等【5 2 j 研究发现，用 1 2 壳聚糖溶液处理草莓，在常温下可延长其贮存期2 天左右， 在4 8 条 件下可保存2 5 天以上。 1 4 5 3 壳聚糖植物生长调节剂 用甲壳素、壳聚糖处理植物种子，可以提高产量。h a d w i g e r 等用壳聚糖处理小麦， 豌豆的种子，以提高作物的抗病能力，获得了小麦，豌豆产量提高1 0 3 0 的优良 体系1 。 何福相【卅将壳聚糖溶解于1 3 的醋酸溶液， 使用时稀释为0 5 o 0 1 的 溶液，在播种前涂于种子的表面自然干燥后使用，不但可以有效抑制种子周围霉菌病原 8 安徽农业大学硕士学位论文 体生长，增强植物对疾病的抵抗力，而且还起到植物生长调节剂的作用。用其处理过的 小麦、豌豆和扁豆种子，产量可增加1 0 3 0 瞄j 。o s u j i 等( 1 9 9 1 ) 报道，在温室条 件下生长的番茄培养液中加入羧甲基壳聚糖( n 例q 后，植株在开始处理的1 2h 内迅速 吸收n c m c ，且茎叶中叶绿素水平有所升高他们认为这可能是由于植株组织营养水平 改变所致嗍。 g o t t h a r d t 和g r a m b o w ( 1 9 9 2 ) 认为，壳聚糖能显著提高小麦悬浮培养液中过氧化物 酶的活性。壳聚糖还能够诱发植物细胞和组织中的内苷b - 葡聚糖酶及内苷壳聚糖水解 酶的活性，并能促进r n a 的从头合成及苯丙氨酸解氮酶( 与含有植物防御素的酚类物质及 木质素的形成有关) 的合成1 5 7 1 。 壳聚糖在诱发植物细胞和组中中壳聚糖酶，甲壳素酶的同时，还能组织植物病原菌 的繁殖，小麦种子经过壳聚糖被膜( o 0 6 l m g - g - 1 种子) ，产量比未处理的提高1 0 3 0 ，但用0 1 的壳聚糖包被e u s t o m ag r a n d i f l o r u m 种子未能起到增产左右，若在 播种前将0 1 的壳聚糖施入土壤中，则可显著促进e u s t o m ag r a n d i f l o r u m 生长，至 开花期，壳聚糖处理植株比对照多出两张叶片，叶片面积显著增大，开花期提前1 5 天， 而且花的质量，产量都显著提高( c h a t 等，1 9 9 9 ) 。 1 a 5 4 壳聚糖杀菌、杀虫剂 壳聚糖对植物病原菌的抗菌活性会产生诱导效果，可以作为植物生理活性的天然新 型生物农业及植保领域获得应用。作为植物生长调节剂和具有杀菌作用的新型生物农药， 寡聚四、五、六糖在抗病虫害和促进生长方面有显著作用1 5 s - c , o i 。大量研究表明，壳聚糖 可以诱导植物产生广谱的抗性、增强植物的自身防卫能力、抑制多种植物病原微生物的 生长i 而且其无毒并可为微生物降解，对环境不会产生污染。如线虫给作物、水果和蔬 菜带来了严重的危害，一些化学合成的农药因其剧毒，造成农药残留，给环境造成严重 污染。美国的i g e n e 生物工艺公司从贝壳中提炼出来的杀虫剂c l a n ds a n 的有效成分即 为壳聚糖和蛋白质的天然混合物，这种杀虫剂与化学杀虫剂不同，它不直接杀虫，而是 促进土壤微生物生产出一种杀死线虫和虫卵的酶1 6 1 l ( b a l d r i d g e 等1 9 9 9 ：v a s y u k o v a 等 2 0 0 1 ) 。番茄苗用壳聚糖溶液浸根或喷雾，或在生长基质中加入壳聚糖，可诱导番茄对根 腐病的系统抗病性【砬1 ；黄瓜水堵液中加入壳聚糖可控制由腐霉菌( p y t h i u ms p p 】引起的 猝倒病1 6 3 i 。壳聚糖对收获后病害如草莓烂果( r h i z o p 淞s p p 、b o t r y t l ss p p 引起) 也有显 著的防治效果【删。此外，壳聚糖对大豆花叶病、大豆根腐病、小麦纹枯病，番茄早疫 病、油菜菌核病、水稻恶苗病等都有抑制作用【酷侧。 9 安徽农业大学硕士学位论文 1 4 6 壳聚糖及寡聚壳聚糖在环保领域中的应用 在环保领域壳聚糖可用于污水处理，蛋白回收，水净化，过度金属离子吸附和回收， 高选择性醇水分离膜，聚合型染料添加剂，玻璃纤维整理剂，皮革整理剂，化学试剂等 【6 m 。 1 4 7 壳聚糖及寡聚壳聚糖在轻纺领域中的应用 由于壳聚糖是天然动物纤维素，具有与纤维素结合性能好，抗茵，防皱，航静电， 提高织物染色等功能，因此在轻纺领域，被被广泛用于织物整理，保健内衣等刖。壳聚 糖还具有良好的透气性能，真丝织物用壳聚糖进行处理可获得较好的耐旋光性，透气性， 耐热性等，并提高抗泛黄性；壳聚糖作为树脂对羊毛织物进行