植物几丁酶
出处：按学科分类—自然科学总论 北京出版社《现代科技综述大辞典上》第1029页（5713字）
植物几丁酶是－种把几丁质分解为N－乙酰胺基葡萄糖或寡聚N－乙酰胺基葡萄糖的水解酶。
几丁质是大多数植物病原真菌细胞壁的主要成分之一。在甲壳动物的外壳和昆虫表皮中也有丰富的含量，在高等植物中至今未发现该酶的底物几丁质存在，但却广泛存在有几丁酶。
因此，植物几丁酶的结构、特性与功能引起植物分子病理学家们的重视。
1934年，格拉斯曼(W．Grasmann)发表了甜杏分泌液中存在几丁酶活性的报道，20世纪60年代以来，在高等植物中检测出几丁酶活性的报道越来越多。从已经纯化的植物几丁酶的性质来看，其分子量在25000～35000之间，大多数植物几丁酶的等电点在H+浓度10－8mol／以上，少数为酸性蛋白。1979年，莫兰诺(J．Molano)等以几丁质凝胶为吸附剂，用亲和层析法分离纯化了麦胚几丁酶，用SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳法测定其分子量为33000，用Sephadex G－75柱层析测定的分子量则为29000。
他们测定的等电点在H+浓度在6．31×10－10～3．16×10－8mol／L之间。1982年，佩格(G、F．Pegg)等人用等电聚焦的方法纯化了番茄的几丁酶，番茄几丁酶表现出内切酶活性，其分子量在27000～31000之间，等电点为pH8．5，最适反应温度在44℃左右，最适反应H+浓度在7．943μmol／L左右，Km值为10．46mg几丁质m1－1，Vmax为97．8μgN－乙酰胺基葡萄糖h－1ml－1。
植物几丁酶有较高的热稳定性。1983年，博勒(T．H．Boller)等人的试验结果显示，50℃下处理4h，菜豆几丁酶的活性只损失35%左右。此外，植物几丁酶抗水解蛋白酶的能力也较强。
植物几丁酶是可以诱导的。
乙烯、重金属离子处理、病原菌的侵染、昆虫取食和机械损伤等均可诱导植物几丁酶活性的提高。1970年，艾贝莱斯(F．B．Abeles)报道，用乙烯处理后，蚕豆叶片的几丁酶活性比对照提高5倍。
1983年，博勒等人用乙烯处理菜豆，发现施用乙烯6h后，几丁酶活性上升，24h后比对照高10倍。1988年，博勒等报道，用烟草花叶病毒接种黄瓜后，叶片几丁酶的比活提高近5倍，而且胞间液中的几丁酶比活比叶片中几丁酶的比活高20多倍，原生质体中的几丁酶活性只占总活性的5%左右．因此认为几丁酶活性主要存在于细胞间隙中。
1986年，梅特劳克斯(J．P．Metraux)等用致病性真菌、细菌和病毒接种黄瓜叶片，接种的第一初生叶的几丁酶活性提高600多倍．而未接种的第二叶的几丁酶活性也提高100多倍。这表明，植物几丁酶的诱导不仅具有原位性，也具有系统性。
1986年，罗比(D．Roby)等人用从甜瓜炭疽病中提取的诱导物处理甜瓜叶片，6h后几丁酶活性上升，24h后其活性为对照叶片的2～10倍，叶片乙烯的含量也伴随着几丁酶活性的提高而上升。用乙烯生物合成的抑制剂处理，乙烯和几丁酶活性的提高被抑制。
另一方面，用乙烯的前体物处理则又能使几丁酶活性增强。
1987年，藤峻也等人用球毛壳菌的菌丝体、几丁质和脱乙酰几丁质处理胡萝卜培养细胞，诱导几丁酶活性明显上升。
同年，欣希(H．Shinshi)等从烟草培养细胞中分离纯化两种几丁内切酶，其分子量分别为34000和32000，在没有激素的培养基上培养，几丁酶的含量增加约5倍，占细胞可溶性蛋白的8%，这种诱导作用可被添加生长素和细胞分裂素所抑制。莱格兰德(M．Legrand)等则从烟草叶片中纯化了4种几丁内切酶，它们在烟草花叶病毒侵染时出现，其中两种为酸性蛋白，分子量分别为27500和28500，占诱导产生几丁酶的三分之一左右；另外两种为碱性蛋白，分子量分别为32000和34000，其比活比酸性几丁酶高。
植物几丁酶与组织和器官的发育相关。1988年，莫克(F．Mauch)等研究豆荚发育和成熟过程中几丁酶活性的变化，发现几丁酶随着豆荚的成熟而活性增强。豆荚中的几丁酶有两种：Ch1和Ch2。前者可以被诱导，后者则在成熟过程中积累。
欣希等人的测定结果表明，在烟草的下部叶片和根中，几丁酶活性较高。几丁酶占可溶性蛋白的1%～4%，而在近顶端的叶片中则未能检测出几丁酶活性。
试验结果表明，植物几丁酶的调控可能是在蛋白质翻译水平上进行。1986年，罗比等用放线菌酮作阻断剂，使甜瓜叶片几丁酶的诱导被抑制。
布罗格列(K．E．Broglie)等在同年报道的研究资料中指出，几丁酶的合成可能在膜结合的核糖体上进行，并存在加工后翻译的过程。1987年，欣希等指出，烟草几丁酶的产生至少部分是在mRNA水平上调控的，其方式与β－1，3－葡聚糖酶很相似，二者是协同调控的，生长素和激动素是在mRNA水平上起作用来控制几丁酶的合成的。
许多植物在受到病菌侵染或用某些化学物质(如氯化汞)处理后，会产生一些蛋白质，这类蛋白质被称为PR蛋白(Pathogenesis-Related Protein)。PR蛋白的功能还未完全弄清楚，许多研究结果表明，PR蛋白是植物保卫机制的一部分。
植物几丁酶与PR蛋白有密切关系。1986年，梅特克劳斯(J．P．Metraux)等纯化了黄瓜的一种PR蛋白并证明它就是几丁酶。1987年，莱格兰德(M．Legrand)等证明，烟草的PR蛋白中有4种是几丁酶。1990年，皮尔波因特(W．S．Pierpoint)鉴定了烟草PR蛋白中的第5种几丁酶。
纳泽(W．Nasser)等于1988年报道玉米PR蛋白中有4种是几丁酶，有两种是β－1，3－葡聚糖酶。在1990年他们又鉴定出第5种是几丁酶的玉米PR蛋白。
1988年，科姆布林克(E．Kombrink)等在马铃薯叶片产生的PR蛋白中鉴定出6种是几丁酶，两种是β－1，3－葡聚糖酶。1991年，布罗尼尔(R．Bronner)等用螨虫接种欧白英，在产生的PR蛋白中也发现几丁酶的存在，并认为该酶可能对植株抗螨的抗性有作用。
植物几丁酶在离体条件下对某些真菌有抑制作用。1983年，施拉姆多姆(A．Schlumbaum)等证明麦胚凝集素中抑制真菌的物质是几丁酶，当去除几丁酶后，麦胚凝集素就失去抑菌能力。1988年，布罗凯尔特(W．F．Broekaert)等的研究结果表明，曼陀罗的几丁酶能够有效地抑制绿色木霉和布拉克须霉的孢子萌发，并对绿色木霉菌丝体的生长也有抑制作用。同年，莫齐(F．Mauch)等的研究资料显示，豆荚的几丁酶能有效地抑制绿色木霉，而对其它供试真菌无明显抑制作用。
但是，当几丁酶与β－1，3－葡聚糖酶共同作用时，能有效地抑制供试18种真菌中的15种。他们认为，由于多数真菌细胞壁的外层是β－1，3－葡聚糖，内层是几丁质，所以，当两种酶协同作用时，抑菌能力更强。
有关不同抗病性品种几丁酶在诱导性方面的差异报道不一。1981年，佩格(G．F．Pegg)等比较了对番茄黄萎病抗性不同的两个番茄近基因系的几丁酶与β－1，3－葡聚糖酶在接种黄萎病孢子后的变化。
试验结果表明，植株下部茎的这两种酶的活性在接种后明显提高，但抗病品系的酶活性比感病品系的低。1988年，赫德里克(S．A．Hedrick)等报道说，用炭疽病孢子接种菜豆，抗病品种几丁酶诱导速度快于感病品种。
而莫克等1984年用枯萎病感染碗豆荚时，感病品种与抗病品种的诱导曲线相似，未发现显着差异。
植物在遭受病菌侵染时，体内的几丁酶活性大幅度上升；在多种植物的PR蛋白中均发现几丁酶的存在；离体试验条件下，植物几丁酶对一些病原真菌有明显的抑制作用，当它和β－1，3－葡聚糖酶协同作用时，抑菌能力更强，抑菌谱更广。
联系到高等植物中未发现有几丁质的存在，而广泛存在几丁酶这一事实，推断植物几丁酶在植物的保卫机制中有重要作用。如何提高植物几丁酶的组成或诱导水平，以增强作物对多种病害的抗性，是植物病理学家、作物育种家和分子遗传学家们感兴趣的问题。
在植物抗病基因工程中，几丁酶被认为是很有利用价值的基因之一。
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(西南农业大学裴炎博士撰)