阿拉伯半乳聚糖(Arabinogalactan, AG)是一类具有复杂分支结构的多糖，广泛存在于高等植物、海藻和微生物中。与传统陆源植物AG相比，部分海洋绿藻大量合成硫酸化阿拉伯半乳聚糖（Sulfated arabinogalactan, AGS），被认为是潜在的新型抗凝多糖。然而，目前对绿藻AGS的理化性质、空间构象与活性机制的研究仍然不足，尤其是近缘物种间结构–功能关系尚未被系统阐释。本研究以中国沿海分布的四种典型绿藻——刺松藻（Codium fragile）、长松藻（C. cylindricum）、针叶蕨藻（Caulerpa sertularioides）和长茎葡萄蕨藻（C. lentillifera）为对象，围绕其阿拉伯半乳聚糖的提取分离、理化性质与结构特征、抗凝活性评价及构效关系展开了系统研究，并在研究过程中从强壮硬毛藻（Chaetomorpha valida）中发现并表征了一类新型可形成水凝胶的富阿拉伯糖基杂多糖，从而拓展了绿藻多糖的研究范畴。

采用高压热水提取结合DEAE-Sepharose Fast Flow 阴离子交换层析分级纯化，成功从四种绿藻中分离得到代表性AGS组分，其中刺松藻、长松藻、针叶蕨藻、长茎葡萄蕨藻来源AGS分别命名为CFAGS、CCGAS、CSGS和CLHS。单糖组成分析显示，不同绿藻来源AGS的阿拉伯糖/半乳糖（Ara/Gal）比例差异显著，范围为0.03–1.43；同时丙酮酸化取代程度为4.24–6.21%，硫酸化程度为16.13–22.65%，呈现明显的种属特异性。CFAGS和CCGAS为典型的阿拉伯半乳聚糖；CSGS为半乳聚糖；CLHS则为一种半乳甘露木聚糖。总的来说，不同绿藻来源阿拉伯半乳聚糖的骨架特征表现出种属特异性，松藻属来源多糖为典型的硫酸化、丙酮酸化阿拉伯半乳聚糖骨架特征，而蕨藻属来源多糖具有更高的复杂度。

进一步对其高级结构特征进行分析。氨基酸分析显示四种AGS样品中的酸性氨基酸比例较高，表现出阿拉伯半乳聚糖蛋白类（AGP-like） 特征。Zeta 电位和粒径分析结果提示其带有较强负电荷（> -35 mV），且呈分散状态，表明其在溶液中具有良好的胶体稳定性。AFM和Cyro-SEM结果揭示CFAGS、CSGS和CLHS呈现三股螺旋等刚性高级构象，而CCGAS则更趋于无序柔性链态。刚果红结合实验进一步支持CFAGS、CSGS和CLHS中三股螺旋结构的存在，Yariv反应证实CSGS和CLHS呈现Ⅱ型阿拉伯半乳聚糖（AG-Ⅱ）型表位，具有→3)-β-D-Galp-(1→重复序列，CFAGS和CCGAS的结合特征较弱，表明CFAGS和CCGAS具有典型的阿拉伯半乳聚糖糖基组成，但不属于AG-Ⅱ结构特征。这从不同层面揭示了近缘绿藻AGS在整体结构特征上的相似性与差异性。

通过测定体外凝血三项，包括活化部分凝血酶时间（APTT）、凝血酶时间（TT）及凝血酶原时间（PT）对四种多糖抗凝活性进行评价。实验发现，2.21 μg/mL CFAGS和3.84 μg/mL CSGS可延长2倍APTT凝血时间，表现出与普通肝素接近的活性水平；相较之下，CCGAS和CLHS作用较弱。进一步的凝血因子抑制实验表明，四种AGS对FⅡa和FⅩa无直接抑制作用，但在抗凝血酶Ⅲ（ATⅢ）存在下均可形成三元复合物显著增强抑制效果，尤其是CFAGS和CSGS在ATⅢ介导下对FⅡa和FⅩa的抑制效果尤为突出。SPR实验结果证实CFAGS和CSGS与ATⅢ具有超高亲和力，结合速率常数（ka）高达 10⁷ M⁻¹·s⁻¹，解离常数（KD）达皮摩尔级别，明显优于普通肝素，显示出快速结合与稳定复合的双重优势。斑马鱼血栓模型进一步验证了其体内抗凝活性，CFAGS和CSGS在 50–150 μg/mL 范围内显著改善血流灌注，抑制血栓形成，且未观察到明显毒性。这些结果从分子到整体水平全面揭示了其优越的抗凝潜力。

采用FT-IR、GC/MS、NMR和ESI-MS等技术对具有优越抗凝活性的AGS多糖骨架和修饰模式的结构特征进行深入解析。结果显示，CFAGS以→3)-β-L-Arap-(1→为主链，在C-4位被→4)-β-L-Arap-(1→、→3)-β-D-Galp-(1→与→6)-β-D-Galp-(1→片段取代，形成多分支结构，硫酸化主要发生在3-Arap的C-2和/或C-4位和3-Galp的C-6位，少部分存在于4-Arap的C-2位和6-Galp的C-4位。CSGS是一种以AG-II为主、兼具AG-I特征的杂合型半乳聚糖，以→3)-β-D-Galp-(1→为主链，C-6位连接→6)-β-D-Galp-(1→序列形成支链，→4)-β-D-Galp-(1→作为二级支链连接在→6)-β-D-Galp-(1→的C-4位，表现出高度分支的结构特征，硫酸化位点主要分布于C-2、C-4位。

此外，本研究意外发现并分离得到一类来自强壮硬毛藻（Chaetomorpha valida）的富阿拉伯糖酸性多CVP。该多糖分子链呈三螺旋构象，在质量浓度≥3%时即可自然形成水凝胶（CVG），并表现出良好的热可逆性；在硼酸根存在下可交联形成CVBG，显著增强了凝胶的力学强度和稳定性。功能研究表明，CVP构建的水凝胶不仅具有优异的保水性，还具备可注射性、自愈性和良好的生物相容性，显示出在生物医用材料和食品保鲜中的广阔应用前景。这一发现不仅拓展了绿藻AGS研究的内容，也为天然水凝胶材料的开发提供了新的候选分子。

综上，本论文首次系统比较了近缘绿藻来源AGS的理化性质、结构特征与抗凝活性，明确了其相似性与差异性，揭示了抗凝作用依赖于ATⅢ介导机制并受结构模式调控，而非由单一因素决定。同时，首次报道并表征了一类来自绿藻的酸性富阿拉伯糖基多糖水凝胶，展示了绿藻多糖在功能材料领域的潜力。本研究不仅丰富了对绿藻AGS的认知，也为天然抗凝药物和功能水凝胶的开发提供了理论支撑与候选材料。

第1章 绪论... 1

1.1 阿拉伯半乳聚糖的分类与结构特征... 1

1.1.1 阿拉伯半乳聚糖（AG）的定义与分类... 1

1.1.2 陆生植物来源AG的结构特征... 2

1.1.3 微生物来源AG的结构特征... 3

1.1.4 海洋来源酸性阿拉伯半乳聚糖（AGS）的结构特征... 4

1.2 阿拉伯半乳聚糖的生物活性与应用... 5

1.2.1 免疫调节活性... 5

1.2.2 肠道健康与代谢... 6

1.2.3 抗凝活性... 7

1.2.4 其他... 9

1.3 硫酸化多糖的抗凝机制及构效关系... 9

1.3.1 酸性多糖的抗凝机制简述... 9

1.3.2 多糖结构特征对抗凝活性的影响... 11

1.4 海洋来源抗凝多糖研究进展... 13

1.4.1 海洋动物来源抗凝多糖... 13

1.4.2 褐藻来源抗凝多糖... 14

1.4.3 红藻来源抗凝多糖... 15

1.4.4 绿藻来源抗凝多糖... 15

1.5 研究目的意义和主要内容... 16

第2章 绿藻硫酸化阿拉伯半乳聚糖的提取、分离及理化性质表征... 18

2.1 引言... 18

2.2 材料和仪器... 18

2.2.1 实验材料... 18

2.2.2 实验试剂... 19

2.2.3 实验仪器... 19

2.3 实验方法... 20

2.3.1 绿藻前处理... 20

2.3.2 粗多糖提取... 20

2.3.3 多糖的分离纯化... 20

2.3.4 理化性质分析... 21

2.3.5 氨基酸组成分析... 23

2.3.6 Zeta电位及粒径... 23

2.3.7 多糖高级结构表征... 23

2.4 结果与讨论... 25

2.4.1 粗多糖得率... 25

2.4.2 粗多糖理化性质... 25

2.4.3 分离纯化... 29

2.4.4 单糖组成... 30

2.4.5 AGS理化性质... 34

2.4.6 氨基酸组成... 36

2.4.7 Zeta电位及粒径... 38

2.4.8 高级结构表征... 39

2.5 本章小结... 44

第3章 阿拉伯半乳聚糖的抗凝血构效关系及机制研究... 46

3.1 引言... 46

3.2 材料与仪器... 46

3.2.1 实验仪器... 46

3.2.2 实验试剂... 47

3.2.3 实验动物... 47

3.3 实验方法... 48

3.3.1 凝血三项... 48

3.3.2 体外酶活... 48

3.3.3 抗凝血酶Ⅲ介导的体外酶活... 48

3.3.4 多糖与ATⅢ的亲和力... 49

3.3.5 斑马鱼繁育及给药... 49

3.3.6 抗血栓形成... 49

3.4 结果与讨论... 50

3.4.1 AGS体外抗凝血活性... 50

3.4.2 AGS介导ATⅢ的凝血因子抑制活性... 53

3.4.3 AGS与ATⅢ亲和力... 55

3.4.4 AGS毒性实验... 56

3.4.5 AGS斑马鱼模型的抗血栓活性... 57

3.5 本章小结... 58

第4章 阿拉伯半乳聚糖结构解析... 60

4.1 引言... 60

4.2 仪器与材料... 60

4.2.1 实验仪器... 60

4.2.2 实验试剂... 61

4.3 实验方法... 61

4.3.1 红外光谱分析（FT-IR）... 61

4.3.2 脱硫反应... 61

4.3.3 甲基化分析... 61

4.3.4 核磁共振波谱（NMR）分析... 63

4.3.5 电喷雾电离质谱（ESI-MS）分析... 63

4.4 结果与讨论... 63

4.4.1 红外谱图分析... 63

4.4.2 GC-MS分析... 65

4.4.3 核磁共振波谱（NMR）分析... 72

4.4.4 电喷雾电离质谱分析... 96

4.5 本章小结... 104

第5章 硫酸化阿拉伯糖基水凝胶的制备与表征... 106

5.1 引言... 106

5.2 材料与仪器... 107

5.2.1 实验材料... 107

5.2.2 实验仪器... 107

5.2.3 实验试剂... 108

5.3 实验方法... 109

5.3.1 多糖提取... 109

5.3.2 理化性质分析... 109

5.3.3 高级结构表征... 110

5.3.4 核磁共振谱图（NMR）分析... 110

5.3.5 凝胶制备及交联条件探究... 110

5.3.6 凝胶特性表征... 111

5.3.7 凝胶机制探究... 113

5.3.8 凝胶应用性能测试... 114

5.4 结果与讨论... 116

5.4.1 多糖得率与理化性质... 116

5.4.2 高级结构表征... 120

5.4.3 NMR分析... 123

5.4.4 凝胶交联影响条件... 125

5.4.5 凝胶特性表征... 128

5.4.6 凝胶机制探究... 134

5.4.7 凝胶应用性能研究... 138

5.5 小结... 140

第6章 结论与展望... 142

6.1 结论... 142

6.2 创新点... 143

6.3 展望... 143

参考文献... 144

附录... 173

致  谢... 176

作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与其他相关学术成果    178