香菇多糖的制备及抗烟草花叶病毒(TMV)作用机制的研究

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香菇多糖(Lentinan,β-(1-3)-D-glucan),广泛存在于香菇子实体和菌丝体细胞壁中,众多研究表明,其具有降血糖、降血脂、增强免疫力、抗肿瘤、抗病毒等生物学功能。不同来源的真菌多糖因其化学结构、分子尺寸及链构象的不同,其生物功能活性存在较大差异。从香菇中有效地提取和纯化出高纯度多糖,并研究其化学分子结构和功能的关系是实现香菇多糖应用价值的重要步骤。  采收后的香菇培养基是香菇栽培的废弃物,大量废弃的香菇培养基因缺乏有效的管理和利用,造成水和土壤的污染,还带来资源的浪费。虽然近年来国内已将食用菌培养基废弃物用做食用菌再生产的配料、动物饲料、堆肥、栽培基质、生态环境修复材料等来开发利用(Phan and Sabaratnam,2012),但从留存有大量的菌丝体而富含多糖类化合物的香菇培养基废弃物中提取多糖用作生物农药的研究报道未见。  本文主要以香菇培养基废弃物为试验材料,分析了提取香菇多糖的影响因素,并在单因素试验的基础上,利用Box-Benhnken中心组合试验和响应面分析法对提取工艺进行优化。将提取的香菇粗多糖进行分离纯化、理化性质分析、多糖均一组分结构的初步鉴定,进而对纯化后香菇多糖进行了抗TMV活性和作用机制的研究,得出以下研究结论:  1、在单因素考察基础上,根据Box-Benhnken中心组合方法进行四因素(提取温度、提取时间、料液比、醇沉浓度)三水平的实验设计,以得率为响应值,进行响应面分析。从香菇培养基废弃物中提取香菇多糖的优化工艺参数为:提取温度为90℃,提取时间为4h,液物比为15∶1,醇沉浓度为80%。在此条件下,香菇多糖实际得率为4.11%,与模型预测值4.12%接近。  2、香菇培养基废弃物经水提醇沉、Sevag法脱蛋白、活性炭脱色后得粗多糖,经DEAE-Sephadex A-52离子交换柱层析得到三种均一多糖组分CLT1、CLT2、CLT3,经Sephadex-200凝胶柱层析得高纯度多糖LNT。CLT1、CLT2、CLT3中性糖含量分别为78.97%,12.62%,3.12%,LNT的含量为80.25%,不含蛋白质和还原性糖,是非淀粉类多糖。LNT分子量为26 kDa。紫外光谱分析,多糖LNT在260nm和280nm未见核酸和蛋白吸收;经红外光谱分析可知,多糖LNT具有明显的多糖特征,且主要含α-糖苷键。GC测定可知,多糖LNT主要由L-阿拉伯糖、D-葡萄糖、D-半乳糖组成,并且还有少量的岩藻糖(Fuc);含量分别为2.8%、87.5%、9.6%,其摩尔组成比大约为1∶31∶3。  3、香菇多糖LNT对TMV有显著的抑制作用,其中当多糖与病毒混和接种时,其对病毒的抑制率在80%以上。此外,香菇多糖对TMV侵染位点还有较强的保护作用,且具有明显的抑制病毒增殖的能力。  4、进一步从生理和分子生物学的角度对多糖LNT抗烟草花叶病毒的机制进行了探讨。结果表明,香菇多糖对TMV病毒粒体形态结构无直接破坏作用,但对TMV-CP在寄主体内的表达量具有明显的抑制作用。用500μg/mL LNT处理烟草可以诱导植物早期防御反应因子——H2O2、NO的产生和SA的大量积累;同时,LNT处理还可以引起烟草防御酶系中PAL、POD和PPO酶活性的提高;Real Time PCR检测部分抗病基因表达情况发现:植物体内与水杨酸信号途径有关的酸性PR蛋白基因NbPR1a在处理后12内表达量提升了12倍;与H2O2和NO的产生相关的NbrbohB和NOA1基因均有不同程度的提高。表明,香菇多糖对烟草花叶病毒的防治是通过抑制病毒活性和激活植物体内以水杨酸信号转导途径为主的复杂的防御反应机制实现的。
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