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玉竹,为百合科植物玉竹Polygonatum ordoratum(Mill.)Druce的干燥根茎,广泛分布于我国东北、华北及西南地区,是一种具有食药两用价值的药食同源食品。玉竹中含有多糖、甾体皂苷、黄酮、挥发油等多种活性成分,表现出了降血糖、抗肿瘤、抗氧化、免疫调节、调节糖脂代谢等多种活性,其中,玉竹多糖作为玉竹主要的活性成分之一,是影响其生物活性的关键组分。目前,关于玉竹多糖的结构研究仍然存在一级结构表征不完善、高级与宏观结构研究不足等问题。同时,关于玉竹多糖的活性研究集中于降血糖、抗氧化和抗肿瘤活性,且已有研究表明相较于合成药物的药理活性,玉竹多糖表现出的生物活性与合成药物的活性仍然存在着一定差距,而玉竹多糖的改性研究是一种改善玉竹多糖已有的生物活性与探索新的生物活性的有效手段。因此,本文以玉竹为原料,首先优化了玉竹粗多糖(PORPs)的提取条件,测定了玉竹粗多糖的化学组成,并对其自由基清除活性进行了探究;其次,本文对玉竹粗多糖进行了分离纯化,研究了纯化后的水溶性玉竹多糖(PORP-1)的一级结构、高级结构和宏观结构;此外,本文通过硫酸化修饰的手段对PORP-1进行了改性,得到了取代度分别为0.54和0.41的硫酸化玉竹多糖SPORP-1和SPORP-2,并研究了硫酸化玉竹多糖的体外抗氧化活性,同时进一步探究了其构效关系;最后,本文研究了PORP-1和硫酸化玉竹多糖SPORP-1的抗菌活性,得到了SPORP-1的抑菌曲线,并对其抗菌机理进行了初步探索。主要研究结果如下:(1)考察了提取条件对PORPs提取率的影响,通过响应曲面法优化了PORPs提取工艺。PORPs最优提取工艺条件为:提取温度70.50oC,液料比40.23 m L/g,提取时间1.14 h,此时多糖的提取率达到5.61±0.12%。PORPs的化学组成为:总糖含量76.26%,蛋白含量0.214%,糖醛酸含量2.27%,单糖组成为甘露糖(Man):葡萄糖醛酸(Glc A):半乳糖醛酸(Gal A):葡萄糖(Glc):阿拉伯糖(Ara):岩藻糖(Fuc)=18.30:0.81:1.46:41.83:1.53:1.06。同时,红外光谱的结果表明PORPs是一种拥有羧基、β型糖苷键、吡喃环结构的多糖。原子力显微镜结果表明PORPs为圆顶形颗粒状,直径范围在70-240nm。扫描电镜图显示PORPs通过聚集呈现出致密、光滑、带褶皱的片状结构。此外,PORPs展示出了一定的体外抗氧化活性,其中对羟基自由基的清除率达到了41.98±2.10%。(2)采用DEAE-52 FF离子交换柱层析法对PORPs进行了分离纯化,得到两个组分PORP-1和POPR-2,并对其中分子量均一的水溶性组分POPR-1展开了研究。高效液相渗透色谱的结果表明PORP-1是分子量分布均一的多糖,分子量大小为4025 Da。红外光谱结果表明PORP-1是一种含有羧基、β型甘露糖残基、可能含有α型糖苷键的吡喃环多糖。PORP-1的单糖组成为Man:Glc A:Glc:Ara:Fuc=19.28:0.41:39.76:1.54%:1.08。高碘酸氧化、NMR等结果显示,PORP-1含有→6)-α-D-Glcp-(1→,α-Glcp-(1→,→4,6)?α?D?Glcp-(1→,→4)-β-D-Man-(1→,→3)-α-D-Manp-(1→类型的糖苷键。刚果红实验和圆二色谱实验结果显示,PORP-1是一种不具有三股螺旋结构的多糖。原子力显微镜结果表明PORPs的微米级结构为直径范围在123-202 nm的圆顶形颗粒状聚集体。扫描电镜结果显示其纳米级表面形貌为致密、较光滑、带褶皱的网络状结构。(3)采用浓硫酸法控制不同的反应时间得到取代度分别为0.54和0.41的硫酸化玉竹多糖SPORP-1和SPORP-2。通过硫酸化改性修饰的玉竹多糖(SPORP-1)体外抗氧化性与未硫酸化玉竹多糖(PORP-1)相比得到了极大的提高,其中DPPH自由基、ABTS自由基、超氧自由基、羟基自由基的最大清除率分别从40.95±2.10%、28.99±2.11%、30.52±0.91%和41.97±2.10%提高到了77.43±1.48%、70.44±1.74%、66.43±1.93%和68.23±1.73%。另外,通过相关性分析发现,玉竹多糖的取代度和体外抗氧化性呈现出一定的相关关系。同时,结合多糖体外抗氧化机制、体外抗氧化活性与玉竹多糖和硫酸化玉竹多糖结构的分析,建立起体外抗氧化活性与多糖的构效关系。(4)探究了PORP-1和SPORP-1的抗菌活性和抗菌机理。结果表明,PORP-1和SPORP-1对枯草芽孢杆菌和金黄色葡萄球菌具有抑菌作用,对于铜绿假单胞菌和大肠杆菌没有明显的抑菌作用。其中,PORP-1对枯草芽孢杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌圈直径达到了9.17±0.75和6.77±0.81 mm,SPORP-1对枯草芽孢杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌圈直径达到了13.63±0.79和12.25±0.85 mm。通过对SPORP-1的抗菌活性进一步研究发现,SPORP-1对枯草芽孢杆菌和金黄色葡萄球菌的最小抑菌浓度值分别为25mg/m L和50 mg/m L,并且SPORP-1对于两种菌的抑制作用呈现剂量依赖性,SPORP-1在枯草芽孢杆菌和金黄色葡萄球菌的菌落指数期和稳定期发挥抑菌作用,在菌落增长期没有发挥抑菌作用。SPORP-1的抑菌机理的研究结果表明,SPORP-1破坏了枯草芽孢杆菌的细胞壁结构,导致壁膜间隙的蛋白与细胞壁结构上的表面蛋白发生溶解,并使得存在于细菌细胞壁膜间隙的电解质流出,导致细菌死亡,从而发挥抗菌作用。