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3种蛋白酶制备的鱼粉水解物的生根抑制活性的研究

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安徽农业科学,Journal of Anhui Agri.Sci.2006,34(18):4674—4675,4702 责任编辑 朱永和责任校对 范世群 3种蛋白酶制备的鱼粉水解物的生根抑制活性的研究 张运佳 ,-,杨剑2,浦跃武 (1.华南理工大学生物科学与工程学院,F-Y,F-),, ̄ l51064o;2.深圳职业技术学院应用化学与生物技术学 院,广东深圳518055) 摘要以碱性蛋白酶、风味蛋白酶、复合蛋白酶为水解酶制备出鱼粉多肽,用培养皿生物分析法检测不同鱼粉水解物在0,0.5—1、1.5— 2、2.5 mg/m1)浓度下对多年生黑麦草种子种子萌发根系生长抑制活性.所有的数据分析均采用SPSS 13.0 for Windows分析处理.结果表 明:3种鱼粉水解物对多年生黑麦草种子萌发根系生长均有抑制活性,且随着水解物浓度增加根系生长的抑制活性增强;碱性蛋白酶和 复合蛋白酶制备的鱼粉水解物的根系抑制活性要明显高于风味蛋白酶制备的鱼粉水解物。 关键词鱼粉水解物;生根抑制活性;蛋白酶 中图分类号Q556 .3 文献标识码A 文章编号0517—6611(2006)l8—4674—02 Research OnRoot-inhibitingActivity of'Itlree鼬MealHydrolysatesPreparedwith'nlreeProteinases ZHANG Yun-jia et al(School of Bioseience and Bioengineering,South China University ofTechnology,Gilangzhotl,Guangdong 510640) Abslract Three fish meal hydrolysates were prep ̄a wiht ttu'ee proteinases(Alcalase 2.4 L,Flavourzyme 500 MG and Protamex)and their root-inhibit— ign activity Oil perennial ryegrass( ̄lium perenne L)was conducted through the bioassay in Petri dish wi山a concentration series of0,0.5,1.0,1.5,2.0 nad 2.5 mg/m1.A1l statistical analyses were perfonned wi山the software ofSPSS 13.0 forWindows.1he results suggested that lal the three fish meal hy. drolysates exhibitde reot-inhibitign activitiy to Lolinlperene L,and the hihger hte hydrolysate concentration was,the greaterthe inhibition Was.Alclaase 2.4 L and pmtamex hydrolysate showed signiifcantly greater reot-ihnibitign activity than the Flavourzyme 500 MG hydrolysate. Keywords Fishmeal hydrolysates;Root-ihnibitign activiyt;Proteinase 使用除草剂控制杂草的历史可以追溯到1927年_j J。但 1.2方法 使用过程中化学除草剂弊端逐渐暴露。首先是化学除草剂 1.2.1鱼粉的预处理。为了使酶解反应充分,先用粉碎机 雾滴漂移,药液挥发,选择性不理想及降解产物的危害等原 将鱼粉粉碎,再过100目(孔径0.4 mm)筛,收集筛下的褐色 因引起作物的药害;其次是反复使用除草剂造成耐药杂草种 粉末。 群的上升、抗除草剂杂草的出现和对环境污染13趋严重_2J。 1.2.2鱼粉蛋白含量的测定。参照GB/T 5009.5—2003,用 随着人们环境和公共健康意识的增强,开发出新的天然无毒 凯氏定氮测定鱼粉蛋白含量为59.89%。 副作用的除草剂被认为是杂草无公害防治的一条有效途 1.2.3鱼粉水解物的制备。按以下步骤进行: 径_3J。较早的研究表明,某些植物组织的提取物及植物残体 (1)原料酶解。酶解反应在500 ml三角瓶中进行,每个 在土壤中的分解物能抑制植物种子发芽[4-6J,其中对玉米组 三角瓶中加入30 g过筛后鱼粉原料蛋白及270 ml去离子水, 织提取物及凋落在土壤中的残体对植物种子萌发及幼苗生 用橡胶塞塞住瓶口。放入恒温水浴摇床振摇(150 r/min),待 长影响作了较广泛的研究l7-8J。1991年,Christians等发现玉 瓶内的温度达到酶的最佳反应温度时,用10%的氨水调节反 米蛋白粉中的一些可溶性物质具有除草活性,可以作为天然 应体系至最适pH,然后按照1.5%(v/w,W/w)的酶底比往 的萌前除草剂_9 J。并在随后对玉米蛋白粉及其水解物的除 三角瓶加入蛋白酶,具体反应条件如表1。 草活性做了较全面的研究。此外,其他研究还发现豆粕对植 表1 3种蛋白酶的最佳水解反应条件 物种子萌发生根有抑制作用。 由于玉米蛋白粉、豆粕为高蛋白原料,由此笔者推测:可 能其他的蛋白原料及其水解物对植物种子萌发也有抑制作 用,而除草活性强弱可能与水解物的组成有密切关系。由于 天然蛋白原料一般不溶于水,不能象其他除草剂那样制成水 剂喷施,从而其使用。为此,笔者以蛋白含量较高的鱼 反应过程中用pH计监测反应体系pH值的变化,用10% 粉为原料,用3种不同的酶将其水解制备成了3种鱼粉水解 氨水调节反应体系的pH值使之稳定在最适pH。反应结束 物,并检测了这些水解物对多年生黑麦草种子生根抑制活性 后100℃煮沸10min灭酶,冷却后4500 r/min离心20min,取 的强弱,为下一步分离具有更高生根抑制活性的成分奠定了 上清液经2层滤纸抽滤以除去上清液表面漂浮的脂肪及其 基础。 他杂质,滤过液进行下一步处理。 1材料与方法 (2)浓缩与冻干。将滤过液旋转蒸发浓缩10倍,经超低 1.1材料鱼粉(秘鲁进口,深圳市华宝饲料有限公司提 温冷冻干燥,当腔体压力保持不变达2 h时即达冻干终点,所 供);碱性蛋白酶(Alcalase 2.4 L)、风味蛋白酶(Flavorzyme 500 得冻干粉末即为鱼粉水解物样品。 M G)和复合蛋白酶(Protamex)[购自诺维信(中国)有限公 1.2.4 3种鱼粉水解物对多年生黑麦草种子的生根抑制活 司]、多年生黑麦草种子[Perennial ryegrass(1 ̄liumperenne L)]。 性实验。选用多年生黑麦草种子作为鱼粉水解物生根抑制 作者简介张运佳(1982一),男,江西赣州人,硕士研究生,研究方向:杂 活性的检测材料,具体方法如下:用直径为9 cm的培养皿,皿 草无公害控制。 底垫一层滤纸;选择6个水解物的浓度梯度(0,0.5、1.0、1.5、 收稿日期2006.07.21 2.0、2.5 mg/na),每个浓度3个重复;每个皿中加入l5颗饱满的 ◆ ■ 【维普资讯 http://www.cqvip.com

34卷l8期 张运佳等3种蛋白酶制备的鱼粉水解物的生根抑制活性的研究 4675 多年生黑麦草种子和2ml的多肽液,用封口膜封住培养皿边缘 的的空隙,放入光照培养箱培养。培养条件为:每天光照16 h, 温度25℃,光照强度90 ̄mol/(s・m2);夜间温度15℃。培养时 间为7 d。培养结束后,测量种子根长苗长,计算其抑制率。 2结果与分析 显著差异,需要进行Least.signiifcant difference(LSD)多重比 较,具体分析结果(表中数据为双尾检验P值)如下: 表2 3种鱼粉水解物对多年生黑麦草种子萌发的影响 该实验所设计的需要统计分析的数据均使用spss 13.0 for windows软件进行,数据中的平均值均使用平均值±标准 差(±s)表示。在检验单一因素(多肽浓度、不同酶)的若干 分组(两组以上)中哪一组与其他组有显著性差异时,采用 ● One.Way ANOVA过程进行分析。当组间方差齐次时,采用 I.e,ast.signiifcant difference(tSD)方法进行多重比较,组间方差 不齐次时则采用Tamhane’s T2方法。设置显著性水平a为 譬 O.05。P<0.05表示差异显著,P<O.01表示差异极显著。 2.1 3种鱼粉水解物对多年生黑麦草种子生根抑制活性的 比较 2.1.1不同鱼粉水解物浓度组间的方差分析。以3种鱼粉 水解物作为因素,6个浓度梯度作为6个水平,分别进行单因 素方差分析和均值的多重比较。 由表2及图1可以看出,3种鱼粉水解物在不同浓度下 的生根抑制活性均有差异,即随着鱼粉水解物浓度的增加, 其生根抑制活性越强。 尽管以上分析表明不同浓度组间生根抑制活性有差异, 但不能说明任何两两组间都有差异,为了解具体哪两组间有 图1 3种鱼粉水解物对多年生黑麦草种子生根抑制活性的比较 表3 不同浓度组间的多重比较 表3中的数值为双尾检验P值,从其中的P值可以看 白酶制备的鱼粉水解物抑制率依次达到了100%、62、55%、 出,除碱性蛋白酶制备的鱼粉水解物浓度为1.5与2.0mg/n ̄ 93.0Q%。 组,风味蛋白酶制备的鱼粉水解物浓度为0.5与1.0 mg/n ̄ 2.1.2 3种鱼粉水解物间的方差分析。从表中的P值可以 组、2.0与2.5 mg/n ̄组,复合蛋白酶制备的鱼粉水解物浓度 看出,浓度为O.5mg/n ̄时,3种鱼粉水解物生根抑制活性组 为1.0与1.5mg/n ̄组、1.5与2.0mg/n ̄组间无显著性差异; 间两两均无显著性差异,且在多肽浓度为1.5、2.O、2.5 mg/n ̄ 其他各浓度组间均有显著或极显著性差异。 的3个浓度水平下,碱性蛋白酶与复合蛋白酶制备的鱼粉水 3种鱼粉水解物对多年生黑麦草根系的抑制率的比较 解物组间生根抑制活性也无显著性差异;而碱性蛋白酶和风 (表4)。 味蛋白酶、风味蛋白酶与复合蛋白酶制备的鱼粉水解物在浓 表4 不同浓度下3种鱼粉水解物对多年 度为1.5、2.O、2.5 mg/n ̄时生根抑制活性组间存在差异;水 ● 生黑麦草种子生根抑制率的比较 解物浓度为1.0mg/n ̄时,碱性蛋白酶与风味蛋白酶、碱性蛋 白酶与复合蛋白酶、而风味蛋白酶与复合蛋白酶存在差异。 表5 3种刍粉7k锯物生根抑制活性的多重比较 浓度//mg/n ̄ 碱性蛋白酶一风味蛋白酶O.553 O.025 O.008 O.014 O.003 碱性蛋白酶一复合蛋白酶O.233 O.028 O.644 O.936 0.323 风味蛋白酶一复合蛋白酶0.099 0.1301 0.008 0.019 0.008 抑制率(%)=(对照组根长一处理组根长)/对照组根长 x 1130%。 综合以上分析表明,随着水解物浓度的增加,3种鱼粉水 表4的数据可以看出3种鱼粉水解物对多年生黑麦草 解物对多年生黑麦草种子生根抑制活性逐渐增强,当水解物 种子的生根抑制活性随着其浓度的增加而增强,其中当水解 (下转第4702页) 物浓度达到2.5 mg/n ̄时,碱性蛋白酶、风味蛋白酶、复合蛋 维普资讯 http://www.cqvip.com

4702 安徽农业科学 2OO6生 其他处理明显低,分别是处理⑤的87.91%,处理①(CK)的 23.48%。MDA是膜脂过氧化的有毒代谢产物之一,通常将 它作为膜质过氧化指标,表示细胞膜脂过氧化程度和植物衰 老指标及对逆境条件反应的强弱。由表2可知,锌离子处理 后,MDA含量处理④<处理⑥<处理⑤<处理③<处理②< 处理①(CK),其中处理④MDA含量最低,分别是处理⑥的 一种较客观地反应根系生命活动的生理指标。植物根系活 由表2可知,锌离子处理后,根系活力处理④>处理③ 力是反映植物对于水培条件的适应能力大小的重要指标之 一。>处理②>处理⑤>处理①(cK)>处理⑥,其中处理④根系 活力最高,分别是处理①(CK)的3.o8倍,处理③的1.57倍。 3结论 29.91%,处理①(cK)的17.35%。糖类在植物代谢中占有极 重要的地位,是呼吸作用的基质和光合作用贮能的重要形 研究表明,在保证烟草幼苗正常生长的浓度范围内,不 同锌离子浓度处理对烟草幼苗的生长及生理生化指标产生 明显的影响。0.1 mg/L锌离子处理的烟草幼苗生长情况较 式。可溶性糖的积累有利于植物抗性的提高,使细胞膜免遭 降解和破坏。由表2可知,锌离子处理后,处理④的可溶性 糖的含量明显高于其他处理,分别是处理⑥的1.22倍,处理 ①(CK)的2.08倍。王淑杰等研究表明,可溶性糖含量与植 好,表现在株高、根冠比等生理指标明显好于其他处理;抗性 生理指标表现在外渗电导率、游离脯氨酸含量及MDA含量 ● 物的抗寒性有关。因此,用0.1 mg/L Zn处理后的烟草幼苗 有利于增强其抗寒性。在受到外界环境胁迫后,植物有可能 提高可溶性蛋白质含量,以提高植物自身的抗性。由表2可 知,锌离子处理后,处理④的烟草可溶性蛋白的含量较其他 处理高,分别是处理②的2.06倍,处理⑤的1.23倍。根系活 力的大小影响根系对营养物质的吸收及有效物质的形成,是 表2不同锌离子浓度处理对烟草生理生化指标的影响 均低于其他处理,而可溶性糖、可溶性蛋白及根系活力均高 于其他处理。这表明锌营养对于维持自身生理代谢,提高植◆ 物抗性,减少外界不良环境对植物造成的伤害起到一定的促 进作用。 参考文献 [1]郝建军,刘延吉.植物生理学实验技术[M].沈阳:辽宁农业科学技术 出版社,20o1. [2]韩冰,郑克宽.镁、锌、硼、锰元素对烤烟产量及质量影响的研究[J].内 蒙古农牧学院学报,1999,2o(1):72—77. [3]李华.施锌对马铃薯产量和品质的影响[J].山东农业大学学报,1997, 17(3):270—272. [4]张福锁.Zn营养状况对小麦根细胞膜透性的影响[J].植物生理学报, 1992,18(1):24—28. [5]王淑杰,王家民,李亚东,等.可溶性全蛋白、可洛}生糖含量与葡萄抗寒 性关系的研究[J].北方园艺,1996(2):13—14. [6]刘国顺,习向银,时向东.锌对烤烟漂浮育苗中烟苗生长及生理特性的 影响_J].河南农业大学学报,2OO2,36(1):l8.22. [7]聂新柏,靳志丽.烤烟中微量元素对烤烟生长及产质量的影响[J].中 国烟草科学。200B(4):30—34. (上接第4675页) 化学除草剂和化肥对环境产生的污染,具有良好的经济效 益、生态效益和社会效益。 浓度达到2.5 mg/ml时,碱性蛋白酶制备的鱼粉水解物生根 抑制活性强于复合蛋白酶制备的鱼粉水解物,而风味蛋白 酶制备的鱼粉水解物生根抑制活性最弱。在低浓度时,三 者之间的生根抑制活性无显著性差异,而随着浓度的增加, 三者的差异逐渐显著。 3讨论 参考文献 ll』BALOGH J C,^NDERs0N J L.En ̄354. al impacts 0f tuffgrass pesticides lJJ.Gdf Course Management and Construction-Envi ̄一Issues,1992:22l [2]李水清,赵春.我国生物除草剂的研究进展[J].湖北农学院学报,20(13, z3(2):135—139. 研究的结果表明,相对于风味蛋白酶制备的鱼粉水解 13 J LYDON J,DUKE S 0.Pr toward natural herbicides nplants[J].Herbs SpicesMed Plants Dig.1987。5:l一4. 物,碱性蛋白酶和复合蛋白酶制备的水解物生根抑制活性 要明显更强。所以在以鱼粉作为底物制备除草活性物质时 可以优先选择碱性蛋白酶与复合蛋白酶。 该实验所选用的鱼粉为动物饲料,所用的水解酶为食 品级的蛋白酶,制备过程中加入的少量氨水经过10 rnin灭 酶步骤后,经测定各水解物中的氨氮含量均小于10 mg/L, 14J N珊SENKF,a 7叩YTF,W00DsWB. Ihei姐ilenee et"the ex-mtet 0f 8orne ● crops and soil residues Oil gerrrifi ̄ation and Science。l9印.40:188一l97. [J].Canadian Journal 0fPlant 15J P删 ZA.Phytot ̄e substances associatedwiththe dec∞驸商d∞in soil 0f plam sesidues[JJ.驯Science,l97l,lll:13一l8. 16J GI】E W D,MCCALLA T M,N()RsIlA町F A.Prlesene ̄and persistence 0f i phytot ̄e substances in wheat,oat,㈣,and sor ̄um residu ̄s[J].Agronomy Joumal。l967.59:163一l65. 17 J CHOU C H,PATRICK Z A.Identification and phytot ̄xic activity 0f ccmD0Ⅲ出 pH值在6.87~7.05之间,说明这种生根抑制作用不是制备 过程中残留的氨及环境偏碱造成的。因此,天然蛋白原料 水解物可以作为天然萌前除草剂应用在农田,特别是非直 produced during decon ̄ition af e(3 ̄n and rye residues in soil[J].Journal 0f Cherrifcal Ecology。l976,2: 一387. 18J佃忸 眩J J,SCHULTZ K,ANAYA A L。et 81.Alldopathie potential ̄irnenez 播种子有机蔬菜生产及城市草坪的杂草防治上有着重要的 应用,而且还可以作为兼用作有机肥料,这样可以减少使用 eom poHen[JJ.Journal 0fChemi calEcology,19113,9:1011—1025. 19 J CHRISqlANSNE.Prt lceweed control using㈣glute. 【P].1991: US Patent No.5,06o.268. 110J CHRISI/ANSNE. Ik use 0fⅢglutenmeal as anatural pre ̄control in tu]札Jj.Int1.Turf ̄ss Soc Res J,1993,7:284—290. ceweed 

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