作者：许梦秋 钟增明 龚琰 谢响明
摘要主要对几丁质酶的特性、功能及其在植物真菌病害防治中的应用进行了综合论述。在此基础上,对几丁质酶在植物病害生物防治中的应用前景进行了展望。
关键词几丁质酶;生物防治;植物病害;应用
AbstractIn this paper,characteristic,function and prevent plant diseases of chitinase were summarized. On this basis,the prospects of chitinase applications in biocontrol of plant disease were promised.
Key wordschitinase;biocontrol;plant diseases;application
几丁质酶广泛存在于各种植物、动物及微生物细胞和组织中,参与多种生理过程[1]。几丁质酶可以有效降解几丁质,在自然界的物质循环中起着不可替代的作用。几丁质是构成大多数真菌细胞壁的主要成分,在自然界中存在数量巨大,它能在几丁质酶系作用下被分解成N-乙酰氨基葡萄单糖(NAG)。在环境保护、医药、食品和基础生命科学研究中具有巨大的潜在应用价值[1]。在目前的研究中,将细菌及植物几丁质酶基因转入烟草、番茄、大豆、马铃薯、莴苣和甜菜等植物中,获得的转基因植物高效表达几丁质酶的生物活性,可显著抵抗真菌病害[2],此外将几丁质酶基因转入生防真菌中,也能显著提高生防真菌拮抗植物病害的能力[3]。
1几丁质酶性质与特点
自从1905年Benecke首次分离报导了几丁质芽孢杆菌(Bacillus chitinovirous)能生产几丁质酶以来,已发现了许多产几丁质酶的微生物,包括细菌、放线菌、真菌等,其中以Serratiu marcescens和Trichoderma harzianum的几丁质酶基因研究最多[4]。
几丁质酶可划分为内切几丁质酶、外切几丁质酶和壳二糖酶。依据酶反应的最终产物将几丁质酶分为3类:一是内切几丁质酶,该类酶可随意裂解几丁质和几丁质寡聚物并释放出可溶性低分子量混合物,(GlcNAc)2即双乙酰几丁二糖是主要成分;二是壳二糖酶,可从非还原端裂解几丁质和几丁质寡聚物((GlcNAc)n),释放的最终产物主要是(GlcNAc)2;三是β-N-乙酰氨基己糖苷酶,同壳二糖酶一样可从非还原端裂解几丁质和几丁质寡聚物,释放N-乙酰葡糖胺单体(GlcNAc),它也是唯一可水解(GlcNAc)2的酶。
几丁质酶具有以下特点:一是多样性,不同微生物所产生的几丁质酶的类别、组分、性质不尽相同,已发现的产生胞外几丁质酶的微生物约有46属70种。不同几丁质酶的最适温度、分子量、等电点、影响酶活性的金属离子等均存在明显差异。二是诱导性,多数微生物只有在含有几丁质等诱导物的培养基中才能产生几丁质酶,也有些微生物在没有诱导物的情况下产生几丁质酶。几丁质、脱乙酞几丁质、部分水解的几丁质均可以诱导几丁质酶的产生,但几丁单糖(NAG)则不能。各种诱导物对不同微生物的诱导作用亦有所不同,并且几丁质酶的诱导可被过量的可溶性代谢物所阻遏。三是分泌性,微生物所产的几丁质酶多是分泌型的,即在诱导物存在的条件下,微生物可以产生并向胞外分泌几丁质酶。该酶先在微生物的体外将几丁质分解,生成几丁单糖(NAG)或寡糖,然后这些糖再被微生物吸收和利用。
几丁质酶的分子结构主要包括信号肽序列、几丁质酶催化区、几丁质结合区域、C端区域。其中几丁质酶催化区(具2个高度保守区,Glu(E)和Asp(D)残基高度保守)、几丁质结合区域(植物几丁质酶的几丁质结合区主要含有半胱氨酸残基,微生物几丁质酶的几丁质结合区主要含有色氨酸残基)催化区域相似的几丁质酶,它们的几丁质结合区域并不相类似,但是来源于同一菌株的酶的几丁质结合区域具有相似性,即与菌株的亲缘关系有联系[5]。
2几丁质酶在植物病害生物防治中的作用