论植物凝集素与植物保护

林晓丽 论植物凝集素与植物保护论植物凝集素与植物保护所在专业：生物科学作 者： 林晓丽学 号： 摘要：植物凝集素是一种含有非催化结构域并能可逆结合到特异单糖或寡糖上的植物（糖）蛋白，广泛分布于植物界。本文主要综述了植物凝集素近年来的研究概况，简要介绍植物凝集素的分类、结构特性、功能及其应用等方面，从中去剖析植物凝集素在植物保护中所起的作用，为以后更好地利用植物凝集素去保护植物，具有重要的意义。关键词：植物凝集素；植物凝集素作用；生物学功能与应用前景；植物保护植物凝集素是一类具有高度特异性糖结合活性的蛋白，在动物、植物体内广泛存在，迄今为止，已发现1000多种植物凝集素,其中豆科植物凝集素有600多种1。植物凝集素最早发现于1888年，Stillmark在蓖麻籽萃取物中发现了一种细胞凝集因子，它具有凝集红细胞的作用2。而1936年，Summer和Howess从刀豆种子纯化的伴刀豆凝集素(ConA)是第一个得到纯化的凝集素，而且是第一个被结晶的植物凝集素，也是第一个用X射线晶体衍射技术确定结构的植物凝集素3。1960年Nowell报道了植物细胞凝集素有促进有丝分裂的作用。1975年Becker等研究了刀豆凝集素分子的三级结构，揭开了研究植物凝集素分子空间结构和功能的序幕4。从此人们对凝集素的性质、生理功能、基因结构与表达等方面进行了深入研究，并认识到凝集素在生物体内具有重要的生理功能，在医学、农业上具有巨大的应用前景。1 植物凝集素的分类植物凝集素它是一类具有特异糖结合活性的蛋白，具有一个或多个可以与单糖或寡糖特异可逆结合的非催化结构域。可以从不同的角度进行分类：1.1根据植物凝集素亚基的结构特征，可以分为4种类型：部分凝集素(merolectin)、全凝集素(hololectin)、嵌合凝集素(chemerolectin)和超凝集素(superlectin)。1.2根据凝集素专一识别的糖类的不同，可以分为七个组别：岩藻糖组、半乳糖/N-乙酰半乳糖胺组、N-乙酰葡萄糖胺组、甘露糖组、唾液酸组、复合糖组。1.3根据氨基酸序列的同源性及其在进化上的相互关系，可以分为七个家族：豆科凝集素、几丁质结合凝集素、单子叶甘露糖结合凝集素、2型核糖体失活蛋白、木菠萝素家族、葫芦科韧皮部凝集素和苋科凝集素。2 植物凝集素的结构特性通过分离纯化，对凝集素的生物学特性、蛋白质的结构与功能及基因的编码顺序进行深入的研究。目前已经获得纯化的凝集素中，阐明氨基酸序列的并不多，多数是对甘露糖(或葡萄糖)专一的凝集素。现己知道，凝集素与糖的结合是通过其分子中肽链的活性部位，即专一结合糖的区域实现的，与凝集素分子中共价结合的糖无关。凝集素至少应该具有2个与糖结合的位点，而且结合是可逆的，它有以共价键相连接的蛋白质和糖2个部分。其中前者占较大的比例，一般是几个单糖构成寡糖链，再以2种方式与蛋白质肽链相连，分别构成N-连接糖蛋白和O-连接糖蛋白。糖肽连接键主要有三种：(l)血清型糖蛋白，亦称天冬酰胺-连接或N-连接的糖蛋白；(2)粘蛋白型糖蛋白，糖链与肽链由GalNAcl-Ser/Thr连接；(3)真菌中的Man-Thr连接5。凝集素不仅可以识别不同的单糖而且也可以特异结合不同的寡糖。此外，凝集素-糖互作也较好地解释了细胞识别系统的机制。基于细胞表面含有大量的凝集素和糖复合物，使细胞以凝集素为桥梁进行相互作用成为可能。凝集素除了有与糖结合的位点外，还可以与其它生物大分子几丁质、糖脂和多糖等结合。3 植物凝集素的生物学功能植物凝集素在植物界的广泛分布及其在植物体内的丰富程度足以说明它们在植物中的地位十分重要。植物凝集素在不同植物中及同一植物不同组织中的结构、分布的多样性,表明其在进化过程中适应并产生了许多独特的功能6：3.1在种子成熟、萌发过程中发挥作用。如充当储存蛋白或对储存物质进行包装、运输等,或兼具有保护种子而免于动物取食的作用；3.2作为植物胚细胞的促有丝分裂因子；3.3作为植物与微生物的共生介质如根瘤菌就是由寄主的外源凝集素识别，从而使固氮成为可能。目前，这一研究还处于起步阶段，正在研究将根瘤菌中的固氮基因转移到植物中，使植物自己能够固氮7；3.4植物凝集素可以抵御细菌、真菌、病毒等病原体的入侵。如麦胚凝集素(wheatgerm agglutinin,WGA)对绿色木霉(Trichoderma viride)孢子的萌发及菌丝的生长有抑制作用。对棉花凝集素的研究表明，棉花不同品种抗病能力与其种子浸取液的血凝活性成正相关，并观察到浸取液及其分离的蛋白质组分能显著抑制棉花枯萎病菌丝的生长；3.5植物凝集素具有抗虫性。研究表明,许多植物凝集素对鳞翅目、同翅目等害虫及棉枯萎病菌、绿色木霉等真菌和某些细菌有很好的防治作用，同时具有对环境无污染，稳定性好及对高等动物相对安全等优点，成为防治病虫害的又一重要研究对象8。4植物凝集素应用及前景展望植物凝集素的提取目前多凭借其与糖专一和可逆结合的特性，利用固定化的糖衍生物作为亲和吸附纯化这类蛋白质，常用的亲和吸附剂主要有三种：(1)天然的或修饰的多糖；(2)结合有载体的糖蛋白或糖肽；(3)结合载体的单糖或双糖。9植物凝集素作为一种重要的天然产物，是分离纯化和研究糖复合物结构与功能的重要的工具，是阐明糖和蛋白质相互作用机制的理想模型。此外它在转基因抗虫、生物固氮,药物开发、骨髓移植及疾病鉴定等方面有着广泛的应用。5结语植物凝集素以其独特的功能应用于植物病虫害防治，越来越多地受到人们的关注。随着人们长期单一地在作物中导入某个基因，如Bt基因,又出现了新的问题。一是应用这类基因不能有效防治有些害虫，如引起同翅目蚜虫在转Bt棉上的再猖獗现象；二是某些害虫已对这类长期使用的基因产生了抗性，如鳞翅目的棉铃虫和小菜蛾已对Bt基因产生了不同程度的抗性10。这种情况下，植物凝集素以其具有对鳞翅目、特别是对同翅目蚜虫、飞虱、叶蝉等刺吸式口器害虫及一些微生物有防效，对环境无污染，稳定性好及对高等动物相对安全等优点，成为防治病虫害的又一重要研究对象10。不可否认，植物凝集素作为植物基因工程的一部分，将在培育抗病虫品种、发展可持续农业中大显身手，但就目前的情况而言，植物凝集素更多的应用于转基因抗虫品种的培育，抗病品种筛选上还有待于突破。另一方面，植物凝集素对刺吸式害虫的杀虫性还不尽人意，如抗虫性不强、抗虫谱不广等，因此有必要深入研究其作用机理，制定相应策略以提高抗虫效果，从而达到保护植物的最终目的。参考文献：1 旺姆. 植物凝集素及其研究现状J. 西藏科技,2004年4期(总第132期):18-212 陈达嵩,郑月琼. 植物凝集素在植物保护中的研究进展J.湖北植保,2010年第6期(总第122期):7-93梁峰,常团结.植物凝集素的研究进展J.武汉大学学报(理学版),2002,48 (2):232-238.4孙册,朱政,莫汉庆.凝集素M.北京:科学出版社,1986.5何佳颖,陈寅生,饶小珍.凝集素及其生物学作用J.宁德师学报(自然科学版),2005,17(1):19-22.6Etzler M E,1985. Plant lectins: Molecular and biological aspects.Ann RevPlant Physiol,36:2092347熊维全,万群.植物凝集素及其在生物固氮中的作用J.热带农业科技,2005,28(2):21-268 舒晓燕,阮期平,侯大斌.植物凝集素的研究进展J.现代中药研究与实践,2006年第20卷第6期:53-569 董朝蓬,杜林方,段真.植物凝集素研究进展J.天然产物研究与开发,2003.Vo1.15,No.1:71-7610潘科,黄炳球,侯学文.植物凝集素在病虫害防治中的研究进展.植物保护, 2002(4):