某些生物体，如某些植物种子、酵母细胞、真菌孢子和许多微生物，在其细胞内的水分完全或几乎完全失去时，仍然能以一种极低新陈代谢状态长期生存，在其复水化数分钟后就能恢复活性，回复到正常的生命活动状态，这种奇妙的现象称之为"无水生活(anhydrobiosis)"?quot;低湿休眠"。究其奥秘，发现它们的细胞中都积累了大量的海藻糖(trehalose)。海藻糖最初由Wiggers等于1882年从黑麦麦角菌中分离出来。后来发现它广泛分布于微生物、高等植物和无脊椎动物中。大量的研究结果已经证实，海藻糖对生物大分子的活性具有良好的保护效果，对生物体起着抗逆保护作用。前人已对其理化性质、代谢途径、生理功能、应用前景等进行了较深入的研究。这些研究多为离体试验或以微生物为试验材料，在植物方面的研究报道偏少。现代农业生产迫切需要解决的问题之一就是要通过现代生物技术对农作物品种或类型进行有效地改良，增强其抗逆性，确保农业生产的持续发展。利用海藻糖的抗逆耐干特性，采用基因工程将其相关酶的基因转入植物，进而培育抗旱耐盐新品种，这对于植物遗传改良具有重要意义、/p>
1 从体内合成途径看海藻糖的特殊?/strong>
自然界广泛存在的海藻糖是由两个葡萄糖分子通过,-1?糖苷键连接的非还原性双糖，化学名称?alpha;-D-吡喃葡萄糖基--D-吡喃葡萄糖苷，分子式为C12H120112H202性质和结构稳定，能溶于水，不溶于***，具有甜味，不会焦糖化 在不同的生物体中，海藻糖的代谢途径不同。大肠杆?Escherichia coli)和酿酒酵?Saccharomyces cerevisiae)?海藻糖合成主要有两种酶催化，其反应如下： 在由高渗透压诱导的大肠杆菌的海藻糖合成途径中，otsA和otsB基因分别编码海藻?6-磷酸合成酶和海藻?6-磷酸磷酸酯酶，合成似乎不受反馈抑制的调节。在非高渗透压时，在细胞周质区由treB、treE和treC基因编码的酶将海藻糖转变为游离的葡萄糖和葡萄糖聚合物。酿酒酵母中，完整的海藻糖合成酶由分子量分别??X104??2X105??3X105?个多肽组成的复合物。他们分别由tpsl、tps2和tsl1基因所编码，其中由tpsl和tsll基因编码??104??3105两条多肽结合，具?-磷酸-海藻糖合成酶活性；TPS2编码??2X105肽链构成海藻?6-磷酸磷酸酯酶。在担子?Basidiomycete)、灰树花(Grifolafrandosa)中，海藻糖以D-葡萄糖和-D-葡萄?l-磷酸为底物，有海藻糖合酶(Tsase)催化一步合成海藻糖。在硫化叶菌(Suriolobus)属等中，糖基转移酶以淀粉为底物生成-1?葡萄糖基海藻糖，再在淀粉酶的作用下生成海藻糖。久保田伦夫?1995?997)发现，在Pimelobactter属与栖热?Thermus)属等的细菌中，Tsase将麦芽糖?alpha;-1?-键变?alpha;-1?-键而直接生成海藻糖 综上所述，自然界存在多种海藻糖合成途径，现已确定的海藻糖生物合成途径为海藻糖的应用提供了依据、/p>
2 从生物学功能看海藻糖的潜在价倻/strong>
大量证据表明，海藻糖具有保存生物活力的特殊功能，它独特的对生物的抗脱水、抗冷冻、抗高渗的保护作用使其作为一种天然的非特异性生物保护物质而倍受关注 2? 对生物膜的保护作 海藻糖具有使脱水生物膜稳定的功能。据Crowe等的研究表明，从肌肉分离到的肌浆网，在不加海藻糖进行干燥时，其形态发生改变，重新水化时，转运钙的功能明显丧失，而当存在一定浓度海藻糖时，在相同过程中其形态几乎不发生改变，转运钙的能力也可以恢复到原有水平。海藻糖不仅具有在脱水干燥条件下的保护功能，对于处于冷冻条件下的完整细胞和分离的膜，它也是极好的抗冻剂，并且在植物细胞、人眼晶状体、动脉细胞和小鼠胚胎的冷冻保存方面取得了令人满意的结果、/p>
2? 对蛋白质的保护作?/strong>
蛋白质尤其酶在储存和运输中易失活，海藻糖具有稳定干燥蛋白??的功能。Camilo等通过实验表明，在有海藻糖存在时，将酶在室温或37℃空气干燥后储存几年其生物活性仍不发生明显变化，将其再水化后能完全恢复其生物活性。黄成垠等也试验了海藻糖在高温干燥条件下对工具酶的保活作用，结果表明，加海藻糖保护的酶活性是未加海藻糖酶样的4?倍，说明海藻糖在干燥条件下对酶活性的稳定作用明显、/p>
2? 对其他生物分子的保护作用
利用海藻糖干燥生物制品，如血制品、疫苗和单克隆抗体等，不仅可保护其活性，还可使其在常温下短期存放。英国剑桥的Quadrant研究基金会把口服小儿麻痹症疫苗与海藻糖一起干燥，发现干燥状态下?5℃时其稳定性和液?℃保存条件时相当。计融等的试验结果表明：海藻糖浓度为0?50mol／L时，抗体可以在室温条件下存放1年而具有活性。而食品在脱水前加一定量的海藻糖，就可以大大延长其保存期 近年来研究表明，海藻糖不但可以保护生物膜及蛋白质分子免受干燥与冷冻的破坏，而且还可以保护细胞中DNA分子，使其在强辐射条件下免受损害，对有机溶剂甲苯也有抗性 可是，虽然海藻糖的用途广泛，但其提取的成本较高，利用基因工程技术生产海藻糖具有很大优势、/p>
3 从海藻糖理化特性看植物抗逆性基因工程的前景
3? 高等植物中海藻糖的发?/strong>
高等植物体海藻糖最初是从S?epidophylla中分离得到的，它在干旱时休眠，而重新给予水分后又复活。为在植物中找到产海藻糖的DNA序列，科研人员将大肠杆菌和酵母菌的海藻糖合成酶基因序列同植物基因数据库进行比较，他们发现，拟南芥和水稻中的某些克隆同大肠杆菌和酵母有高度同源的序列表达标?EST)?998年，Vogel等用拟南芥的cDNA文库在酵母的tps2突变体中表达，结果这个对温度及其敏感的突变体?8?℃的高温下存活。在拟南芥中，他发现了两种基因，即AtTPPA和AtTPPB，二者均能编?-磷酸海藻糖磷酸酯酶而与酵母tps2突变体进行功能互补。以上实验结果证明某些植物中也具有合成海藻糖的能力。这就为把海藻糖合成酶基因导入植物并使其在植物中表达提供了一定的科学前提、/p>
3? 外源海藻糖对植物的保护作?/strong>
外源海藻糖对生物体的保护作用多以微生物为试验材料，以植物为对象研究在逆境条件下海藻糖对其保护作用的报道很少。斐炎等在对绿豆幼苗所做的试验中发现，经海藻糖处理的绿豆幼苗质膜上的Mg2+，K+-ATPase活性显著提高。王三根等发现，将用不同浓度的海藻糖预处理的小麦放在NaCI溶液中生长，其细胞电解质渗透率和脯氨酸含量显著降低，而叶绿素的含量、根系活力、干物质积累和生长速度则均有提高。由此可见，海藻糖在植物幼苗遭受低温、盐害而脱水时，可以提高作物幼苗对低温和高盐的抗逆能力、/p>
3? 利用海藻糖合成酶基因培育抗逆性植?/strong>
为更好的利用海藻糖的保护特性，利用海藻糖基因构建具有抗逆性的转基因植物则是更重要的手段。近年来，随着对海藻糖合成代谢途径的深入研究，许多微生物中各种海藻糖合成酶基因已相继被克隆，如大肠杆菌的otsA、otsB基因，酿酒酵母中的tpsl、tps2、tsl1基因，担子菌灰树花中的Tsase基因等。已报道，美国科罗拉多医科大学已把酵母菌的tpsl基因转入烟草并获得具抗旱型的转基因植株。我国的赵恢武等、戴秀玉等也已相继分别将tps基因和ost基因转入烟草，使其耐旱性增强。荷兰植物生物技术公司把OstBA导入甜菜、马铃薯中，在获得廉价海藻糖的同时，增强了植物的抗旱性和抗寒性 以上这些研究结果均表明海藻糖的确在提高植物抗逆性方面有一定作用，但同时应看到，这些转基因植物在提高抗逆性的同时，其表型也发生了变化，如转基因烟草的形态发生了多种改变，包括变矮、茎变细等。这说明海藻糖在转基因植物中的表达及相关代谢产物的积累在一定程度上影响了植物体的生长发育。为尽量减少这些不利影响，使海藻糖在在植物体内诱导表达是一个前提。小麦、水稻是我国大面积种植的重要的粮食作物，在将海藻糖合成酶基因导入其以提高其抗逆性方面的研究也还是空白，目前多国科学家已开始了这方面的研究、/p>
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