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厚藤共生真菌(Fusarium oxysporum Y24-2)胞外多糖的化学组成和结构研究



全 文 : 
第41卷 第10期  
2011年10月 
中 国 海 洋 大 学 学 报
PERIODICAL OF OCEAN UNIVERSITY OF CHINA
41(10):087~092
Oct.,2011
厚藤共生真菌(Fusarium oxysporum Y24-2)
胞外多糖的化学组成和结构研究*
徐 健,陶洪文,陈 荫,李红燕,齐晓辉,陈艳丽,毛文君**
(中国海洋大学医药学院海洋药物教育部重点实验室,山东省糖科学与糖工程重点实验室,山东 青岛266003)
摘 要: 从厚藤共生真菌(Fusarium oxysporum Y24-2)发酵液中提取得到胞外多糖,以 Q-Sepharose Fast Flow阴离子
交换柱和Superdex S-75凝胶色谱柱对其进行分离纯化,得到纯度高的多糖组分F1S。采用HPGPC和HPLC对F1S的分
子量及单糖组成进行分析,结果表明F1S主要由 Man、Glc和Gal组成,其摩尔比为1.0∶1.9∶2.1,分子量为37.3kD。
F1S的GC-MS和1D,2D-NMR分析表明,该多糖是以→6)-β-Galf(1→为主链,以→2)-α-Glcp(1→,α-Glcp(1→和β-Manp
(1→为支链的杂多糖,支链取代于→6)-β-Galf(1→的O-2位。该厚藤共生真菌的胞外多糖为富含呋喃型半乳糖的结构新
颖的具有多分支结构的中性杂聚多糖。
关键词: 厚藤共生真菌;胞外多糖;分离纯化;化学组成;结构
中图法分类号: Q93-331     文献标志码: A     文章编号: 1672-5174(2011)10-087-06
  1980年代以来,有关多糖的研究及多糖类药物的
开发应用呈现出逐渐活跃趋势[1]。海洋微生物胞外多
糖由于其独特的化学结构和生物活性,在海洋药物研
究领域正受到人们的特别关注[2]。而且由于微生物培
养方便,生长周期短,不受季节限制,可进行大规模的
生产,将可能成为多糖的1个重要来源[3-4]。目前,海
洋微生物多糖的研究主要集中在海洋细菌多糖,有关
海洋真菌多糖的研究较少[5]。
红树林生态系统由于处于咸淡水交汇的特殊环
境,兼具海洋与陆地的性质,蕴藏着极为丰富独特的微
生物资源,也是海洋微生物的重要资源库。研究表明,
红树林真菌的次级代谢产物结构新颖,活性独特,具有
重要的研究价值,但是对红树林真菌的胞外多糖的研
究却罕见报道[6-7]。本文报道1种红树林伴生植物厚
藤(多年生 植物,生于热带、亚热带海滩的潮间带上)
共生真菌Fusarium oxysporum Y24-2发酵液中胞外
多糖的分离纯化、化学组成及结构研究工作。
1 实验部分
1.1材料与仪器
葡聚糖分子量标准品(Mw:5.9,11.8,22.8,
47.3,112,212,404kD)购于日本Shodex公司;单糖标
准品(Glc,Man,Gal,Fuc,Rha,GlcN,GalN,Xyl,
Arb)、标准牛血清白蛋白、1-苯基-3-甲基-5-吡唑啉酮
(PMP,99%)购于美国Sigma公司;Q-Sepharose Fast
Flow和 Superdex S 75购于瑞典Pharmacia Biotech
公司。氯仿、吡啶、乙酸酐等试剂均为国产分析纯。厚
藤共生真菌(Fusarium oxysporum Y24-2)发酵液由中
国海洋大学医药学院天然药化二室朱伟明教授提供。
快速蛋白纯化色谱仪(AKTA-FPLC,瑞典Phar-
macia Biotech公司),气相色谱仪(Agilent 5890Se-
ries11,美国惠普公司),紫外可见分光光度计(UV-
2102PCS,日本尤尼科公司),红外光谱仪(Nicolet
Nexus 470,美国Thermo Electron公司),旋转蒸发仪
(R-41,瑞士Büchi公司),冷冻干燥机(EZ550Q,美国
FTS Systems公司),色谱柱(Shodex Ohpak SB 804
HQ,日本 Shodex 公司),核磁共振波谱仪 (JEOL
JNM-ECP 600MHz,日本株式会社)。
1.2多糖的分离纯化
厚藤共生真菌(Fusarium oxysporum Y24-2)发酵
液抽滤除去不溶性杂质,滤液减压浓缩至原体积的
1/10,浓缩液加入4倍体积无水乙醇,4℃醇沉过夜。
沉淀加水溶解离心去除不溶物后,以截留分子量为
3 500的透析袋透析,除去小分子杂质。袋内透析液减
压浓缩,冷冻干燥得到胞外多糖粗品。采用Sevage
法[8]对粗多糖进行脱蛋白处理,将Sevage试剂[氯仿:
正丁醇=5∶1(V/V)]与样品溶液按照1∶2比例混合,
震荡离心,去除两液面交界处的变性蛋白质,重复上述
操作4次。以Q-Sepharose Fast Flow阴离子交换色谱
柱(2.6cm×50cm)对粗多糖进行纯化,用0~1mol/L
NaCl溶液进行线性洗脱,根据线性洗脱结果,确定NaCl

**
基金项目:山东省科技攻关计划项目(2010GHY10509);长江学者和创新团队发展计划项目(IRT0944)资助
收稿日期:2010-12-27;修订日期:2011-08-16
作者简介:徐 健(1984-),男,硕士生。E-mail:xujian-004@163.com
通讯作者:Tel:0532-82031560;E-mail:wenjunm@ouc.edu.cn
中 国 海 洋 大 学 学 报 2 0 1 1年
梯度洗脱浓度,并分别以水,0.15和0.25mol/L NaCl洗
脱,将糖含量最高0.15mol/L NaCl组分F1透析浓缩,
冻干,采用Superdex S-75凝胶色谱柱对其进一步纯化,
流动相为0.2mol/L NH4HCO3,流速为0.30mL/min,
部分收集器自动收集,硫酸-苯酚法检测多糖含量,收集
相应的组分,减压浓缩,冻干得到纯化多糖,命名为
F1S。
1.3化学成分分析
采用硫酸-苯酚法,以甘露糖为标准品测定总糖含
量[9]。采用Folin酚法,以牛血清蛋白为标准品,测定
蛋白含量[10]。采用氯化钡明胶比浊法测定硫酸根含
量[11]。采用咔唑-硫酸法,以葡萄糖醛酸为标准测定糖
醛酸含量[12]。
1.4纯度及分子量分析
以不同分子量的葡聚糖为标准品(Mw:5.9,
11.8,22.8,47.3,112,212,404kD),采用高效凝胶渗
透色谱法(HPGPC)对多糖组分的纯度和分子量进行
检测[13],分析柱为Shodex Ohpak SB804HQ,7.6mm
×300mm,流动相为0.1mol/L Na2SO4,流速0.5
mL/min,柱温为35℃,进样量20μL,示差检测器在线
检测。以标准多糖分子量的对数(log Mw)对保留时间
(tR)作图,绘制标准曲线,运用GPC分析软件根据标准
回归方程计算样品的分子量。
1.5单糖组成分析
取1.0mg多糖样品,加入1.0mL三氟乙酸(2.0
mol/L),于110℃下降解6h。反复加入甲醇减压蒸干
除去残余的三氟乙酸。采用PMP柱前衍生高效液相
色谱法对单糖组成进行分析[14],以ZORBAX Eclipse
XDB-C18柱进行分析,流动相为磷酸盐缓冲液 ∶
乙腈=83∶17,柱温为25℃,流速为1.0mL/min,紫
外检测器检测。
1.6红外分析
采用KBr压片法,Nicolet Nexus 470型红外光谱进
行测定。红外光谱仪测定参数如下:背景扫描次数:32
次;扫描范围为400~4 000cm-1;分辨率:4.0cm-1;检
测器:DTGS。
1.7甲基化分析
采用改良的 Hakomori法[15]对得到的多糖样品进
行甲基化分析。称取1.0mg减压干燥后的多糖样品,
加入1.0mL二甲基亚砜,磁力搅拌至样品完全溶解,
快速加入100.0mg干燥的NaH,充入N2密封后于室
温下反应1h,缓慢加入碘甲烷1.0mL,继续反应1h,
最后加入1.0mL水终止反应。反应液以氯仿萃取多
次,合并萃取液,并以水洗涤氯仿层3次。将甲基化后
样品完全酸水解,硼氢化钠还原,醋酸酐乙酰化得到部
分甲基化的糖醇乙酸酯衍生物进行气质色谱分析。
1.8核磁分析
采用600MHz核磁共振波谱仪在23℃下测定
1 H-NMR和13C-NMR[16]。40mg多糖以0.5mL D2O
溶解,反复蒸干交换 2 次。最后以 0.5 mL D2O
(99.98%)将样品转移至核磁管,丙酮作为内标(1 H化
学位移为2.225ppm,13 C为31.07ppm)。并进行1 H-
1 H COSY、1 H-13C HMQC和1 H-13CHMBC实验。
2 结果与讨论
2.1多糖的分离纯化
厚藤共生真菌(Fusarium oxysporum Y24-2)发酵
液经浓缩醇沉,透析等处理后得到多糖粗品,其得率约
为0.2g/L。粗多糖经Q-Sepharose Fast Flow阴离子
交换柱层析,得到3个组分,其中0.15mol/L NaCl洗
脱组分F1总糖含量最高(见图1)。F1经Superdex
S75凝胶色谱柱(见图2)进一步纯化得到1个主要组
分,命名为F1S。
图1 厚藤共生真菌胞外多糖离子交换柱梯度洗脱曲线
Fig.1 Segment elution graph of exopolysaccharide by
Q-Sepharose Fast Flow
图2 多糖F1的Superdex S75凝胶纯化曲线
Fig.2 Elution graph of F1by Superdex S75
2.2多糖纯度及化学成分分析
F1S在 HPGPC色谱图上显示为单一对称的色谱
峰(见图3),说明F1S为纯度高的均一多糖,其分子量
约为37.3kD。采用化学方法测定F1S组分的化学组
成,结果表明F1S的总糖含量为88.9%,蛋白含量为
5.8%;未检出硫酸根及糖醛酸。
88
10期 徐 健,等:厚藤共生真菌(Fusarium oxysporum Y24-2)胞外多糖的化学组成和结构研究
图3 F1S高效凝胶渗透色谱图
Fig.3 HPGPC chromatography of F1S
2.3单糖组成分析
经过完全酸水解后,通过PMP柱前衍生 HPLC
法测定F1S的单糖组成。结果表明F1S主要由甘露
糖、葡萄糖和半乳糖组成,其摩尔比为1.0∶1.9∶2.1
(见图4),F1S为不含糖醛酸和氨基糖的中性杂多糖。
(A:单糖标准品 Standard monosaccharide;B:F1S单糖 F1S
monosaccharide)
图4 F1S单糖组成高效液相色谱图
Fig.4 Monosaccharide composition of
F1Sin HPLC chromatography
2.4红外分析
多糖F1S的红外光谱见图5,3 408cm-1为多糖化
合物中羟基的伸缩振动吸收峰,2 928cm-1处为糖环上
的C-H伸缩振动吸收峰,1 648cm-1处为羟基的弯曲
振动吸收峰,1 425cm-1为碳氢弯曲振动吸收峰,1 072
cm-1为羟基变角振动吸收峰,890cm-1为β-型糖苷键
特征吸收峰。
图5 F1S的红外光谱图
Fig.5 IR spectrum of F1S
2.5甲基化分析
为研究多糖中各种单糖残基之间的连接方式,采用
改良的Hakomori法对多糖F1S进行甲基化分析。为了
确定多糖F1S甲基化程度,对甲基化之后的样品进行红
外光谱测定(见图5)。F1S甲基化后3 408cm-1处的
-OH伸缩振动吸收峰消失,而2 928cm-1处的C-H伸缩
振动吸收峰增强,1 072cm-1的羟基变角振动吸收峰消
失,由此可见甲基化后,羟基被甲氧基取代,甲基化比
较完全。甲基化后的样品经完全酸水解、还原、乙酰化
得到部分甲基化的糖醇乙酸酯衍生物,采用气质联用
色谱仪对其进行分析,结果见表1。分析表明,多糖
F1S以→2,6)Galf(1→为主链,同时还含有→2)-Glcp
(1→,Glcp(1→和 Manp(1→连接方式。
表1 厚藤内生真菌胞外多糖组分F1S甲基化结果
Table 1 Result of methylation analysis of F1SfromFusarium oxysporum Y24-2
甲基化产物
Permethylated alditol aceate
连接方式
Linkage pattern
摩尔比
Molar ratio
质谱片断
Major mass fragments
2,3,4,6-Me4-Man  Manp(1- 1.0  101 117 129 145 161 205
2,3,4,6-Me4-Glc  Glcp(1- 1.0  101 117 129 145 161 205
3,4,6-Me3-Glc →2)Glcp(1→ 1.1  87 101 117 129 161 189
3,5-Me2-Gal →2,6)Galf(1→ 2.2  87 101 117 129 173 189 233
2.6核磁波谱分析
为进一步确定多糖的结构,对F1S进行了核磁共
振波谱分析。如图6所示,在13 C-NMR低场区(90~
110)ppm之间主要存在3个端基碳信号。通过与文献
[17-18]对比分析,确定107.4ppm为→2,6)-β-Galf-
(1→的端基C信号,99.1ppm为→2)-α-Glcp-(1→与α-
Glcp-(1→的C-1信号,101.1ppm较弱的碳信号,为β-
Manp-(1→的C-1信号。
98
中 国 海 洋 大 学 学 报 2 0 1 1年
图6 F1S的13 C-NMR图谱
Fig.6 13 C-NMR spectrum of F1S
采用 二 维 核 磁 波 谱1 H-1 H COSY 和1 H-13 C
HMQC对多糖F1S的C和H信号进行归属(见图7),
这些分析结果能将糖残基的大部分1 H和13C信号进行
归属,结果见表2。
图7 F1S的1 H-13 C HMQC图谱
Fig.7 1 H-13 C HMQC spectrum of F1S
表2 F1S的核磁共振信号归属
Table 2 NMR signals assignment of F1S
连接方式
Linkage pattern
化学位移1 H/13 C Chemical shift
1  2  3  4  5  6(a) 6(b)
A  H  5.18  4.21  4.27  4.03  4.02  3.68  3.92
C  107.4  88.1  77.0  83.9  71.1  70.8
B  H  5.10  3.51  3.74  3.46  3.75  3.92  3.81
C  99.1  72.0  74.4  70.8  72.9  61.1
C  H  5.09  3.59  3.75  3.54  3.92  3.96  3.89
C  99.1  72.2  73.9  70.8  72.4  61.2
D  H  4.91  4.11 - - - - -
C  101.1  71.8 - - - -
注:A:→2,6)-β-Galf-(1→,B:α-Glcp-(1→,C:→2)-α-Glcp-(1→,D:β-Manp-(1→。-表示未能有效归属,6(a)与6(b)分别代表 H(6a)和 H(6b)。
  通过1 H-13C HMBC谱(见图8)对F1S各单糖残
基之间的连接方式进一步归属。从图8中可以看出,
化学位移在5.18ppm处β-Galf 的 H-1与70.8ppm处
C-6相关,表明该多糖β-Galf 之间的连接方式是1,6
连接。β-Galf 的 H-1与化学位移83.9ppm 的β-Galf
的C-4相关,这是由于β-Galf 为1个五元环的呋喃型
结构,在1 H-13 C HMBC上则可表现为同环的C,H 远
程相关。化学位移在5.10ppm的α-Glcp 的 H-1与化
学位移为73.9ppm的C-5相关,为同环内的 H-1与C-
5的远程相关。α-Glcp-(1→和→2)-α-Glcp-(1→的 H-1
与88.1ppm处的β-Galf 的C-2相关,表明这两者均连
接在β-Galf 的C-2位上。化学位移为4.91ppm的β-
Manp 的 H-1与化学位移为72.0ppm的α-Glcp 的C-2
相关,表明β-Manp 连接于α-Glcp 的C-2位。由于→
2)-α-Glcp-(1→与α-Glcp-(1→所处的化学环境相似,造
成二者的 H-1和C-1信号相互重叠。
图8 F1S的1 H-13 C HMBC图谱
Fig.8 1 H-13 C HMBC spectrum of F1S
综合甲基化分析和1D,2DNMR的结果对F1S的
结构进行推测,其结构见图9。
09
10期 徐 健,等:厚藤共生真菌(Fusarium oxysporum Y24-2)胞外多糖的化学组成和结构研究
图9 F1S的结构式
Fig.9 The proposed structure of F1S
3 结语
本文对厚藤共生真菌所产胞外多糖进行了分离纯
化,对多糖含量较高的F1S组分化学组成和结构进行
了研究。结果表明,F1S主要由半乳糖、葡萄糖和甘露
糖组成,其摩尔比为2.1∶1.9∶1.0,分子量约为37.3
kD,该多糖为富含→2,6)-β-Galf-(1→独特连接方式的
具有多分支结构的中性杂聚多糖,主链为→6)-β-Galf-
(1→,而→2)-α-Glcp-(1→,α-Glcp-(1→和β-Manp-(1→
等侧链主要连接于→6)-β-Galf-(1→的C-2上,类似结
构的多糖鲜见报道,该研究为红树林微生物胞外多糖
的开发利用提供了重要的基础资料。微生物是获得结
构新颖多糖的一个重要资源,具有潜在的研究价值。
致谢:衷心感谢中国海洋大学医药学院天然药物
化学二室朱伟明教授提供厚藤共生真菌(Fusarium
oxysporum Y24-2)发酵液。
参考文献:
[1] Hurtley S,Service R,Szuromi P.Cinderelh’s coach is ready[J].
Science,2001,291(5512):2337.
[2] 苏文金,黄益丽,黄耀坚,等.产免疫调节活性多糖海洋放线菌的
筛选 [J].海洋学报,2001,23(6):114-119.
[3] Lin Y C,Wu X Y,Feng S,et al.A novel N-cinnamoylcyclapop-
tide an anenic ether from the fungus Xylaria(strain 2508)from
the South China Sea[J].Terahedron Letters,2001,3(15):449-
451.
[4] Lin Y C,Wu X Y,Feng S,et al.Five unique cornpounds,xy-
loketals from mangrove fungus Xylariasp(strain 2508)from the
South China Sea clgt[J].Journal of Organic Chemistry,2001,66
(19):6252.
[5] 陈荫,郭守东,徐健,等.海绵内生真菌胞外多糖理化性质及自由
基清除活性研究 [J].中国海洋大学学报:自然科学版,2010,40
(5):1-4.
[6] Lin P,Zhang Y B,Deng A Y,et al.Microflora and antimicrobial
activities of soil microorganisms in mangrove forests in the Jiu
Long Estuary[J].Acta Oceanolo Gica Sinica,2005,27(3):133-
141.
[7] 林鹏.中国红树林生态系 [M].北京:北京科学出版社,1997:1-
67.
[8] Matthaei J H,Jones O W,Martin R G,et al.Characteristics and
composition of RNA coding units[J].Proceeding the National A-
cademy of Sciences,1962,48(4):666-667.
[9] Dubios M,Giles K A,Hamilton J K,et al.Colorimetric method
for determination of sugars and related substances[J].Analytical
Chemistry,1956,28(3):350-354.
[10] Braford M M.A rapid and sensitive method for the quantitation
of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein
dye binding[J].Analytical Biochemistry,1976,72:248-254.
[11] Dodgson K S,Price R G.A note on the determination of ester
sulfate content of sulfated polysaccharides[J].Biochemistry,
1962,84(1):106-110.
[12] Bitter T,Muir,H M.A modified uronic acid carbazole reaction
[J].Analytical Biochemistry,1962(4):330-334.
[13] Mao W J,Li H Y,Fang F,et al.Chemical characteristic and an-
ticoagulant activity of the sulfated polysaccharides isolated from
Monostroma latissimum [J].Carbohydrate Polymers,2008,71
(3):70-73.
[14] Sun H H,Mao W J,Chen Y,et al.Isolation,chemical charac-
teristics and antioxidant properties of the polysaccharides from
marine fungus Penicilliumsp.F23-2[J].Carbohydrate Poly-
mers,2009,78(1):117-124.
[15] Hakomori S.A rapid permethylation of glycolipid,and polysac-
charide catalyzed by methylsulfinyl carbinon in dimethyl sulfoxide
[J].Biochemistry,1964,55(2):205-209.
[16] Guo S D,Mao W J,Han Y,et al.Structural characteristics and
antioxidant activities of the extracelular polysaccharides produced
by marine bacteriumEdwardsiella tarda[J].Bioresource Tech-
nology,2010,101(12):4729-4732.
[17] Alicia P,Juan A L,Mar a I G,et al.Isolation and structural de-
termination of a unique polysaccharide containing mannofuranose
from the cel wal of the fungus Acrospermum compressum [J].
Glycoconjugate Journal,2007,24(8):421-428.
[18] Oussama A,Alicia P,Mari I G,et al.Structural elucidation of
fungal polysaccharides isolated from the cel wal of Plectosphae-
rella cucumerina and Verticillium spp.[J].Carbohydrate Re-
search,2006,341(2):246-252.
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中 国 海 洋 大 学 学 报 2 0 1 1年
Chemical Composition and Structure of an Exopolysaccharide
Produced by Marine Fungus Fusarium oxysporumY24-2
XU Jian,TAO Hong-Wen,CHEN Yin,LI Hong-Yan,QI Xiao-Hui,CHEN Yan-Li,MAO Wen-Jun
(School of Medicine and Pharmacy;The Key Laboratory of Marine Drugs,Ministry of Education;Shandong Provincial Key
Laboratory of Glycoscience &Glycotechnology,Ocean University of China,Qingdao 266003,China)
Abstract: Exopolysaccharide F1Swas isolated from the broth of marine fungus Fusarium oxysporum
Y24-2,and purified by Q-Sepharose Fast Flow and Superdex S-75.The physiochemical properties and
structural characteristics of F1Swere studied by chemical analysis together with HPLC,HPGPC,IR,
GC-MS and 1D,2D-NMR.The results showed that F1Swas mainly composed of Man,Glc and Gal,and
the average molecular weight was about 37.3kD.The backbone of F1Swas composed of→6)-β-Galf-(1
→,and the side chains→2)-α-Glcp(1→,α-Glcp(1→andβ-Manp(1→ were linked to O-2of the→6)-β-
Galf-(1→.The exopolysaccharide F1Swas a novel branched neutral polysaccharide with galactofuranose
residues.
Key words: marine fungus;Fusarium oxysporum Y24-2;exopolysaccharide;chemical composition;
structure
责任编辑 徐 环
更改说明
中国海洋大学学报2011年增刊中“波致土体液化下水体含沙量垂向分布试研究”一文(见2011,41(增刊):
389),图5由原来的
图5 水槽试验数据对比
Fig.5 Comparison of the data in the flume experiment
改为:
图5 水槽试验数据对比
Fig.5 Comparison of the data in the flume experiment
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