青稞β-葡聚糖分子生物学相关研究进展

β-葡聚糖是一种重要的生物活性分子,高含量的β-葡聚糖膳食与人类的健康密切联系。目前通过对大麦或者青稞分离群体及突变体的研究,已定位和克隆到多个β-葡聚糖相关基因/QTLs。为此,本文综述大麦(青稞)β-葡聚糖合成相关基因定位、克隆与功能分析研究进展,并阐明已定位的基因/QTLs与该品质性状的关系。推测纤维素酶类(HvCsl)基因家族的表达是影响β-葡聚糖含量的主要因素之一,尤其是HvCslF6成员可能对调控β-葡聚糖的合成起到关键作用。     

青稞中主要功效成分最新研究进展

青稞是禾本科大麦属的一种古老的谷类作物,具有较高的营养价值和功效作用。本文综述了近3年来国内外有关青稞中含有的β-葡聚糖、酚类、黄酮类化合物、γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid, GABA)等活性成分的最新研究进展,并对今后青稞营养功效的发展前景进行了展望。     

燕麦β-葡聚糖的流变学特性研究

该文主要探讨了燕麦β-葡聚糖溶液的流体流变学性能和黏弹性能及其相关影响因素,为燕麦β-葡聚糖在食品增稠和食品凝胶领域的应用提供理论依据。以中国山西产燕麦为原料提取制备燕麦β-葡聚糖产品,采用动态流变仪测定动态黏度和黏弹性能指标,利用计算机拟合牛顿幂律方程和Maxwell方程,系统考察了β-葡聚糖浓度、分子量、温度等因素对燕麦β-葡聚糖流体流变性能和黏弹性能的影响。结果表明,燕麦β-葡聚糖溶液黏度随剪切速率的增高而逐渐降低,表现为典型的剪切稀化型非牛顿流体;当溶液浓度从0.1%增加到1%时,其对应牛顿幂律方程的流动指数n从0.998降低至0.842,流体的剪切稀化行为增强;燕麦β-葡聚糖溶液黏度与其分子量成正比,与溶液温度成反比;在相同浓度下,燕麦β-葡聚糖分子量越大则其流体牛顿幂律方程的流动指数n越小;与中性溶液相比,弱酸性或弱碱性环境均可导致β-葡聚糖溶液黏度的下降;燕麦β-葡聚糖的黏弹性能受β-葡聚糖浓度、分子量和体系温度的影响。随着燕麦β-葡聚糖浓度的增加和分子量的增大,其流体的黏性行为特征减少而弹性行为特征增强;随着流体温度升高,燕麦β-葡聚糖流体的黏性和弹性行为均逐渐减弱。     

β-葡聚糖酶的热稳定性改造及酶学性质分析

为了获得热稳定性有所提高的β-葡聚糖酶，本研究利用定向进化技术对β-葡聚糖酶基因进行改造，并对野生酶和突变酶的酶学性质进行研究。结果获得了两株热稳定性有所提高的突变体，分别命名为EGs1和EGs2；酶学性质分析结果显示：与野生酶相比，EGs1和EGs2突变酶的Tm值分别提高了3℃和5℃，达到了65.5℃和67.5℃；突变酶的最适反应温度也提高了5℃，达到了60℃；两个突变酶对地衣多糖的水解能力分别被提高28％和降低21.6％；对地衣多糖的亲和力未见改变；野生酶和EGs1突变酶的最适pH值为6.5，而EGs2突变酶的最适pH值为7.0；野生型和突变型-葡聚糖酶都有较宽的pH稳定范围，在pH 6.0-8.5的范围内放置48小时，仍保持80％以上的酶活力；遗传稳定性检验结果表明突变株的遗传稳定性良好。这一结果说明了定向进化在改善酶性质方面是比较有效的策略。     

啤酒用β-葡聚糖酶高产菌株的选育及发酵条件优化

对产β-葡聚糖酶的地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)A302菌株进行紫外线和硫酸二乙酯(DES)复合诱变和选育，获得产β-葡聚糖酶达27．3U／mL的突变株H302。采用均匀实验设计对H302菌株产β-葡聚糖酶的液体培养基组成及发酵条件进行优化实验，所获优化配方(W／V)为麦麸1．41％，鱼粉0．80％，硝酸钾0．34％，硫酸镁0．11％，起始pH6．0；用含孢量10^8个／mL的种子菌液按体积比3．3％接种上述液体培养基，在36℃下发酵52h，菌株H302的产酶活力达到115．1U／mL，是原出发菌株及培养条件下产酶活力的9．4倍。对突变株H302所产β-葡聚糖酶性质的研究表明，该酶最适作用温度为60℃，最适作用pH为5．5，适用于啤酒生产中的麦芽糖化。     

花生β-1,3-葡聚糖酶基因启动子功能区的缺失分析

花生β-1,3-葡聚糖酶基因启动子(Arachis hypogaea promoter of β-1,3-glucanase,Ah-Glu-Pro)属于诱导型的启动子.为分析该启动子序列中对外源信号分子响应的重要顺式调控元件,利用交错式热不对称PCR(thermal asymmetric interlaced polymerase chain reaction,TAIL-PCR)方法扩增得到长度为970 bp的Ah-Glu-Pro序列.PLACE和PlantCARE在线预测结果表明,该启动子序列中含有对病原菌及水杨酸(salicylic acid,SA)响应的顺式调控元件,如GRWAAW、GTl-motif、W-box、RAV lAAT、INRNTPSADB、AMMORESIVDCRNIA1和BIHD 1OS.根据预测结果,在5’端设计5个正向引物Glu-F、Glu-P4、Glu-P3、Glu-P2和Glu-P1,3’端设计一个反向引物Glu-R,5个引物对扩增得到该启动子序列Ah-Glu-P以及5'端4个缺失片段Ah-Glu-P4～Ah-Glu-P1,长度分别为931、767、650、376和217 bp.将这5个片段分别克隆到pCAMBIA 1301-xylA载体中,构建以木糖异构酶基因(xylose isomerase gene,xylA)作为安全筛选标记、以β-葡萄糖苷酸酶基因(β-glucuronidase gene,GUS)作为报告基因的相应5个植物表达载体pCAMBIA1301-xylA-Glu-P～pCAMBIA 1301-xylA-Glu-P1.将这5个表达载体分别转化洋葱(Allium cepa)表皮细胞,进行GUS蛋白组织化学染色及GUS酶活性检测,结果表明,经SA诱导后,转入Ah-Glu-P～Ah-Glu-P3 3个载体的洋葱表皮细胞中的GUS酶活性分别提高1.45、2.16和1.27倍,转入Ah-Glu-P2～Ah-Glu-P1载体的洋葱表皮细胞在SA诱导前后GUS酶活性无明显差别.结合软件预测结果推测,在启动子Ah-Glu-P、Ah-Glu-P4和Ah-Glu-P3内部存在的RAV1 AAT、MYBCOREATCYCB1和INRNTPSADB为对SA响应的正调控元件;在Ah-Glu-P～Ah-Glu-P4之间存在的GT1-motif和AMMORESIVDCRNIA1为对SA响应的负调控元件.对这些重要顺式调控元件功能的进一步确认将为通过调控实现花生内源β-1,3-葡聚糖酶基因的高效表达、提高花生(Arachis hypogaea)的抗病性、以及在花生遗传转化过程中特异诱导表达启动子的有效利用提供理论依据.     

饲料中β-葡聚糖酶活力的测定方法研究

针对按照农业行业标准NY/T 911-2004 《饲料添加剂β-葡聚糖酶活力的测定分光光度法》检测饲料中β-葡聚糖酶活力时存在的问题,对该标准方法中样品前处理方式、待测酶液浓度范围、样品空白测定准确性、计算公式等进行了优化。结果表明,用优化后的方法能简便、准确地检测饲料中的β-葡聚糖酶活力,且方法重现性较好。     

适量燕麦β-葡聚糖改善面团流变学特性

为探讨燕麦β-葡聚糖在强化面粉中应用的可行性,该文利用粉质仪、拉伸仪和糊化仪分析质量分数为0.5%~5.0%燕麦β-葡聚糖的添加对低筋面粉、中筋面粉、高筋面粉及馒头专用粉的流变学特性的影响。结果表明,随着β-葡聚糖添加量的增加,4种面粉面团的的吸水率、形成时间和稳定时间均增大;0.5%~2.0%添加量增强了4种面粉面团的最大拉伸阻力,0.5%~1.0%添加量能够使低筋面粉的拉伸特性接近馒头专用面粉的拉伸特性;燕麦β-葡聚糖能够使中筋面粉的糊化温度稍有升高,但亦能降低馒头专用粉的糊化温度及4种面粉(2.0%~4.0%添加量的低筋面粉及4.0%添加量的高筋面粉除外)的最高黏度、保持黏度、最终黏度、衰减值和回生值。研究表明适量的燕麦β-葡聚糖能够改善面团的流变学特性,研究结果为燕麦β-葡聚糖在强化面粉中的应用提供参考。     

氮、磷肥对裸燕麦子粒产量和β-葡聚糖含量的影响

以裸燕麦青永久887(Avena nuda L. cv. Qingyongjiu No.887)为材料,研究了施氮和施磷对子粒产量与β-葡聚糖含量的影响;分析了N、P肥对裸燕麦子粒产量构成因素,穗数、穗粒数、穗粒重、千粒重的影响,并进行了经济效益分析。结果表明,裸燕麦穗数、穗粒数、穗粒重、千粒重及子粒产量,随施氮量的增加呈先增后降变化趋势;随施磷量的增加而增加。β-葡聚糖含量随施氮或施磷量的增加而增加。在N 90 kg/hm2、P2O5 90 kg/hm2处理下,裸燕麦穗数、穗粒数、穗粒重、千粒重、子粒产量均达最高值;在N 135kg/hm2、P2O5 90 kg/hm2处理,裸燕麦子粒β-葡聚糖含量最高。经济效益分析表明,经济施肥量为:N 90 kg/hm2、P2O5 90 kg/hm2。裸燕麦子粒产量Y (kg/hm2),可用其与N (kg/hm2)和P (P2O5,kg/hm2)肥间的二元二次回归方程估测。     

生态条件对大麦产量及β-葡聚糖含量的影响

为明确不同生态条件下大麦籽粒产量及β-葡聚糖含量的环境效应,选取了11个不同的大麦品种,在全国6个生态条件有差异的试点种植。结果表明,各试点间大麦籽粒产量差异显著,襄樊试点平均产量最高;苏啤3号大麦在6个试点的平均产量最高,达5391.7kg/hm2,与其他品种差异显著。各试点及各品种间,大麦籽粒β-葡聚糖含量差异也达到显著水平。G231M004M大麦在6个试点β-葡聚糖含量的平均值显著高于其他品种;各个大麦品种在保山试点的籽粒β-葡聚糖含量均明显高于其他试点。因此,选取特定品种种植在适宜的生态条件下对调节大麦籽粒产量和β-葡聚糖含量具有积极意义。     

不结球白菜β-1,3-葡聚糖酶基因cDNA全长的克隆与表达分析

以不结球白菜(Brassicacampestrisssp.chinensis)抗病自交系雪克青为实验材料,通过RACE技术,获得了不结球白菜β-1,3-葡聚糖酶基因的cDNA全长序列。序列分析发现,该基因全长1275bp,编码363个氨基酸,分子量40.66kD,等电点(pI)9.27。推导的氨基酸序列与芜菁bg1基因具有96%的同源性,与拟南芥bg2基因具有61%的同源性,与其它植物β-1,3-葡聚糖酶基因的同源性为49%￣57%。将该序列提交GenBank,登录号为AY836001。Southern杂交显示该基因在不结球白菜基因组中的拷贝数多于1个。半定量RT-PCR分析表明,该基因有低水平的组成型表达,在霜霉病菌(Peronosporaparasitica)诱导后24h其表达量达到高峰。     

费氏弧菌β-内切葡聚糖酶基因在大肠杆菌中的表达及酶学分析

以费氏弧菌（Vibrio fischeri）EM17基因组DNA为模板，通过PCR方法克隆了该菌的β-内切葡聚糖酶基因（GenBank Accession Number : EF533943）。将其插入到表达载体pGEX-6p-1中，转化大肠杆菌BL21（DE3），诱导表达。测序结果经DNAMAN软件分析，该基因与GeneBank中费氏弧菌 ES114基因组预测的β-内切葡聚糖酶基因同源性达到97.1％，但与GeneBank中其他β-内切葡聚糖酶基因同源性较低。酶学性质研究表明，该酶的最适反应温度为60℃，最适反应pH值为9.0。同时研究了6种金属离子对该酶活性的影响，结果显示该酶活性依赖金属离子的存在 Mg2+，Ca2+对酶有激活作用，Mn2+, Pb2+则严重抑制该酶的活性。     

西藏日喀则地区青稞籽粒与栽培土壤中锌和硒含量特征

【目的】明确日喀则地区青稞及其栽培土壤中的锌、硒含量现状,探讨土壤锌、硒含量与青稞籽粒锌、硒之间的相关关系,为当地青稞的锌、硒营养强化栽培及育种提供参考。【方法】采用野外调查和室内分析相结合的方法自日喀则地区12个县(区)采集7个品种、86份青稞样品及其农田土壤样品进行测定分析。【结果】日喀则地区青稞籽粒锌含量范围为15.61～19.96 mg kg^-1,硒含量范围为60.88～186.19μg kg^-1。其中,主栽品种“喜玛拉19”籽粒硒富集能力较强,硒含量可达186.19μg kg^-1,显著高于其他品种;不同品种青稞籽粒锌含量无显著差异。日喀则地区青稞栽培土壤全锌、全硒含量分别为55.77～82.21 mg kg^-1、113.43～354.29μg kg^-1,土壤有效锌、有效硒含量分别为0.50～1.02 mg kg^-1、14.66～32.25μg kg^-1;大部分供试土壤锌、硒含量处于中低水平,其中,40.70%的土壤锌处于低水...     

禽β-防御素的研究进展

已从鸡(Gallinacins)、火鸡(Gallopavin)和驼鸟(Ostricacin)的血液、鸡与火鸡的上皮细胞、以及企鹅(Sphenicins)的胃内容物中分离到多种禽β-防御素。综述了该类抗菌肽的分子特征、抗菌机理与应用前景。     

热稳定性β-葡聚糖酶菌种选育及产酶特性

从土壤中筛选到一株热稳定性β－1，3－1，4－葡聚糖产生菌ZJF－1，发酵60h酶活性为64U／mL，经鉴定该菌株为枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis)。紫外线和硫酸二己酯复合诱变，获得的突变株ZJF－1A5发酵60h酶活性达154．7U／mL，是出发菌株酶活性的2．42倍，对B.subtilis ZJF-1A5产酶特性的研究发现：大麦粉，糊精，可溶性淀粉等糖有利于β－1，3－1，4－葡聚糖酶的产生，葡萄糖，麦芽糖等单糖和双糖不利于菌体生长和产酶。B.subtilis ZJF-1A5 β-1,3-1,4-葡聚糖酶的产生与菌体生长部分相关，在细胞进入对数生长后期至稳定期，酶活性显著增加，且β－葡聚糖酶活性与菌体生物量密切相关，B.subtilis ZJF-1A5 α－淀粉酶的产生也与生长部分相关，细胞进入对数生长期，α－淀粉酶开始大量产生，而中性蛋白酶的产生与菌体生长同步。     

枯草芽胞杆菌ZJF-1A5的β-葡聚糖酶热稳定性改造及酶学性质分析

利用定向进化技术对来自枯草芽胞杆菌(Bacillus subtilis)ZJF-1A5的β-葡聚糖酶基因进行改造,并对野生酶和突变酶的酶学性质进行研究。获得了2株可以产较高热稳定性酶的突变体,分别被命名为EGs1和EGs2。酶学性质分析结果显示,与野生酶相比,EGs1和EGs2突变酶的半失活温度分别提高了3和5℃,达到了65.5和67.5℃;突变酶的最适反应温度也提高了5℃,达到了60℃;2个突变酶对地衣多糖的水解能力分别提高28%和降低21.6%;对地衣多糖的亲和力未见改变;野生酶和EGs1突变酶最适pH6.5,而EGs2突变酶最适pH7.0;野生型和突变型β-葡聚糖酶都有较宽的pH稳定范围,在pH6.0～8.5的范围内放置48h,仍保持80%以上的酶活力。遗传稳定性检验结果表明,突变株的遗传稳定性良好。     

内生解淀粉芽胞杆菌β-1,3-1,4-葡聚糖酶基因(bglS)的克隆与表达及酶学特性分析

β-1,3-1,4-内切葡聚糖酶普遍存在于植物内生芽胞杆菌中,为了探讨其功能,以内生解淀粉芽胞杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)TB2菌株基因组为模板,克隆了β-1,3-1,4-内切葡聚糖酶基因(bglS).测序结果表明,该基因的ORF全长732 bp,编码一条243个氨基酸的蛋白,理论分子量约为27.33 kD,等电点约为6.89,其ORF序列已登录GenBank(Accession No.EU368224).Blast同源性分析结果表明,该基因的ORF序列与植物互作生防解淀粉芽胞杆菌(B.amyloliquefaciens FZB42,GenBank Accession No.CP000560)的β-1,3-1,4-葡聚糖酶基因核苷酸序列的一致性达97.3%,氨基酸序列的一致性达97.1%.将β-1,3-1,4-内切葡聚糖酶基因全长克隆至pUC18载体上,利用基因自身的启动子构建重组表达载体pUC-bglS,并导入大肠杆菌(Escherichia coli)BL21菌株中表达.SDS-PAGE分析表明,BL21::pUC-bglS菌株表达了27 kD左右的蛋白;该酶的最适反应温度为55℃,在50℃以下保温60 min后残余80%以上酶活;最适反应pH为6.2,在pH4.4～6.8 4℃保温30 min残余85%以上的酶活;Ca2+和Fe肛可提高β-1,3-1,4-葡聚糖酶的活性,而Cu2+、Zn2+、Mg2+和Mn2+对其活性具有显著的抑制作用.实验结果为进一步研究植物内生解淀粉芽胞杆菌TB2 β-1,3-1,4-葡聚糖酶的功能和应用打下了基础.     

甘薯茎线虫(Ditylenchus destructor)β-1,4内切葡聚糖酶基因(Dd-eng-1b)cDNA全长的克隆与序列分析

β-1,4内切葡聚糖酶是植物寄生线虫口针分泌的一类细胞壁降解酶,在植物线虫的侵染过程中具有重要的作用。本文以甘薯茎线虫为材料,用RT-PCR和RACE方法,获得了β-1,4-内切葡聚糖酶基因的cDNA全长,并将该基因命名为Dd-eng-1b (GenBank登录号为FJ430142)。此cDNA全长序列为1640bp,包括一个1443bp的完整ORF,编码一含481个氨基酸的蛋白,其理论分子量与等电点分别为50.89KD,pI为6.94。序列比对分析表明含有糖基水解酶的保守结构域,属于纤维素酶第五家族成员,N端具有19个氨基酸残基组成的信号肽,C端含有细菌式样的纤维素结合域(CBDⅡ)。cDNA与基因组DNA重叠分析表明,此基因包含4个内含子,长度分别为36bp、76bp、187bp和344bp,切割点符合5‘-GT...AG-3’的规律。系统进化树分析表明,该基因与细菌 Bacillus.subtilis和Erwina carotovora 分泌的纤维素酶属于同一支。     

甘薯茎线虫β-1,4内切葡聚糖酶基因(Dd-eng-1b)cDNA全长的克隆与序列分析

β-1,4内切葡聚糖酶是植物寄生线虫食道腺分泌的一类细胞壁降解酶,在植物线虫的侵染过程中具有重要的作用.以马铃薯腐烂茎线虫(Ditylenchus destructor)为材料,用RT-PCR和RACE方法,获得了β-1,4-内切葡聚糖酶基因的cDNA全长,并将该基因命名为Dd-eng-1b(GenBank登录号为FJ430142).此cDNA全长序列为1 640 bp,包括1个1 443 bp的完整ORF,编码1含481个氨基酸的蛋白,其理论分子量为50.89 kD,等电点pI为6.94.序列比对分析表明,含有糖基水解酶的保守结构域,属于纤维素酶第五家族成员,N端具有19个氨基酸残基组成的信号肽,C端含有细菌式样的纤维素结合域(CBD Ⅱ).cDNA与基因组DNA重叠分析表明,此基因包含4个内含子,长度分别为36、76、187和344bp,切割点符合5'-GT……AG-3'的规律.系统进化树分析表明,该基因与细菌Bacillus subtilis和Erwina carotovora分泌的纤维素酶属于同一支,推测该基因可能来源于细菌的水平基因转移.     

硅对水稻几丁质酶和β-1,3-葡聚糖酶活性的影响及其与抗纹枯病的关系

在溶液培养条件下,以水稻抗病品种91SP和感病品种Lemont为材料,研究施硅和接种纹枯病菌对水稻纹枯病发生情况、外切几丁质酶、内切几丁质酶和β-1,3-葡聚糖酶活性的影响。结果表明,施硅能降低抗病品种91SP的纹枯病病级和病情指数,显著降低感病品种Lemont的病级和病情指数。在未接种纹枯病菌条件下,施硅增加了抗病品种几丁质酶活性,增加了感病品种的几丁质酶活性,但对β-1,3-葡聚糖酶活性影响不大。接种纹枯病菌后,水稻几丁质酶活性被迅速激活后又下降,施硅通过提高抗病品种91SP几丁质酶和β-1,3-葡聚糖酶活性,以及通过提高感病品种Lemont几丁质酶活性来增强对纹枯病的抗性,但感病品种Lemont施硅处理的几丁质酶活性降低幅度小于抗病品种91SP。