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探秘仙人掌抗菌肽：筛选、分离纯化及性质研究

一、引言

（一）研究背景与科学意义

在现代医学和农业领域，抗生素曾是对抗病原菌的有力武器，为人类健康和农作物保护做出了巨大贡献。然而，随着时间的推移，抗生素的滥用问题日益凸显，由此导致的耐药性问题已成为全球公共卫生和农业可持续发展面临的严峻挑战。世界卫生组织多次发出警告，若抗生素耐药性问题持续恶化，未来人类在面对细菌感染时将陷入无药可用的困境；而在农业方面，耐药菌的出现也威胁着农作物的产量与质量，影响粮食安全。据相关研究预测，到2050年，抗生素耐药性问题可能导致每年多达1000万人死亡，并给全球经济造成100万亿美元的损失，这一数据令人触目惊心。

在此背景下，开发新型天然抗菌剂迫在眉睫，成为全球科研人员聚焦的热点。植物源抗菌肽作为一类具有巨大潜力的天然抗菌物质，逐渐进入人们的视野。仙人掌，这种广泛分布于干旱和半干旱地区的植物，以其顽强的生命力和独特的生态适应性而闻名。在长期的进化过程中，为了抵御恶劣环境中的各种病原菌侵害，仙人掌进化出了一系列防御机制，其中产生抗菌肽便是重要的防御手段之一。

研究发现，仙人掌体内的抗菌肽具有广谱抑菌活性，能够对多种常见病原菌，如金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、白色念珠菌等起到抑制或杀灭作用，而且相较于传统抗生素，仙人掌抗菌肽具备低毒、高效的特性，不易在生物体内积累残留，对环境友好，这些优点使其有望成为抗生素替代品的重要来源，为解决耐药性危机提供新的途径。

尽管仙人掌抗菌肽展现出诱人的应用前景，但目前针对它的系统性研究仍处于起步阶段。在筛选分离技术方面，现有的方法还不够成熟和高效，导致难以快速、准确地从仙人掌复杂的成分中获取高纯度的抗菌肽；在生物学特性研究上，对于仙人掌抗菌肽的结构、作用机制、稳定性以及与其他生物分子的相互作用等方面，我们的了解还十分有限。这些知识空白严重制约了仙人掌抗菌肽从实验室研究走向实际应用的进程。

因此，开展对仙人掌抗菌肽的筛选分离纯化及性质研究具有重要的理论与实践意义。从理论层面来看，深入探究仙人掌抗菌肽的相关特性，有助于我们揭示植物的天然防御机制，丰富和完善植物生理学和生物化学的理论体系；从实践角度出发，本研究成果将为新型抗菌药物的研发提供关键的数据支持和技术基础，推动新型抗菌药物的问世，在医药、农业、食品保鲜等领域发挥重要作用，助力解决耐药性难题，保障人类健康和生态环境的可持续发展。

二、材料与方法

（一）样品准备与抗菌肽筛选

1.材料选取与预处理

为了全面探究仙人掌抗菌肽的多样性与特性，本研究精心选取了仙人掌科中的6个具有代表性的品种，分别是金手球、黄毛掌、梨果仙人掌、单刺仙人掌、仙人镜和匐地仙人掌。这些品种在形态、生长环境及生理特性上存在一定差异，有望产生结构和功能各异的抗菌肽。采集时，挑选生长健壮、无病虫害的植株，取其茎段及果实作为实验材料。

将采集到的仙人掌样品迅速带回实验室，首先用流动的无菌水进行反复冲洗，以去除表面附着的尘土、杂质及微生物。清洗后的样品放置于冷冻干燥机中，在低温、真空的环境下进行冻干处理，使其中的水分直接升华，最大程度保留样品的生物活性成分。冻干后的仙人掌样品变得酥脆，便于后续处理，利用粉碎机将其粉碎成均匀的粉末状，过80目筛，得到粒度一致的粉末，为后续的提取实验做好准备。

随后，采用酸性浸提法对仙人掌粉末中的粗蛋白进行提取。准确称取一定量的仙人掌粉末，加入适量的0.1M乙酸缓冲液（pH3.0），缓冲液与粉末的比例为10:1（mL/g），在4℃下以150r/min的速度振荡提取12h，使抗菌肽充分溶解于缓冲液中。提取结束后，将混合液在4℃、10000r/min的条件下离心30min，去除不溶性杂质，收集上清液，此上清液即为含有粗蛋白的提取液。

为了进一步富集抗菌肽组分，采用梯度硫酸铵沉淀法对粗蛋白提取液进行处理。向提取液中缓慢加入硫酸铵粉末，边加边搅拌，使其充分溶解，依次调节硫酸铵饱和度至30%、50%、70%和80%，每个饱和度下在4℃静置2h，使不同溶解性的蛋白质逐步沉淀。沉淀完成后，在4℃、10000r/min的条件下离心30min，收集沉淀，分别用少量的0.01M磷酸缓冲液（pH7.4）溶解，得到不同硫酸铵饱和度下的蛋白质沉淀溶液，这些溶液中富含抗菌肽，为后续的活性筛选提供材料。

2.活性筛选方法

本研究选择了金黄色葡萄球菌（Staphylococcusaureus）和大肠杆菌（Escherichiacoli）作为指示菌，这两种菌分别代表革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌，是临床和环境中常见的病原菌，对它们的抑制效果能较好地反映抗菌肽的广谱抗菌潜力。

采用经典的琼脂扩散法对上述得到的不同蛋白质沉淀溶液进行抑菌活性检测。首先，制