多糖结构分析方法的研究
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多糖的结构分析方法包括多糖的结构分析方法是确定多糖化合物的组成和连接方式的关键工具。
一般而言,多糖的结构分析可分为化学方法和生物方法两大类。
下面将对这些方法进行详细阐述。
一、化学方法:1. 水解分析法:多糖可通过水解反应将其分解为单糖组成部分。
常用的水解剂有酸、碱及酶等。
水解之后,通过测定生成的单糖或小分子产物的性质,如比旋光度、红外光谱等,可以了解多糖的结构。
2. 艳蓝法:多糖与一些特定的染料反应,形成稳定的染色复合物,从而测定多糖的含量。
例如,通过酚-硫酸法,可以用磺酸依托品氧化苄功酸钠抗络常数来定量多糖。
3. 光谱法:红外光谱、紫外光谱、核磁共振等技术可用于多糖的结构分析。
红外光谱可用来分析反映多糖内部结构的原理基团,紫外光谱用于分析多糖的存在和测定多糖的含量,核磁共振用于确定多糖的空间结构。
4. 色谱法:气相色谱、液相色谱和凝胶渗透色谱等方法可用于多糖的分离和定性。
例如,利用薄层色谱法,可分离多糖混合物,并通过染色剂的显色来判断多糖的组成。
二、生物方法:1. 酶降解法:通过加入特定酶,如淀粉酶、纤维素酶、葡萄糖酸酶等,可对多糖进行降解。
通过观察降解过程中生成的产物,可以了解多糖的结构。
此外,酶处理还可用于多糖的修饰。
2. 糖基转移酶法:多糖通过与糖基转移酶反应,可实现特定糖基的转移。
通过测定生成的产物,可以推测多糖的结构。
3. 色谱法:包括气相色谱、高效液相色谱等。
例如,通过细胞外多糖水解产生的单糖组成通过气相色谱或液相色谱分析,可以了解多糖的结构。
4. 核磁共振波谱法:包括质子核磁共振、碳13核磁共振等。
通过测量样品在强磁场下的核磁共振信号,可以获得丰富的结构信息。
此外,还有一些其他方法如质谱分析、电泳分析等都可用于多糖的结构分析。
总之,多糖的结构分析需要利用多种方法互相印证,综合分析,才能获得准确的结构信息。
以上介绍的方法只是常用的几种,请根据研究的具体需要选择合适的方法进行分析。
多糖结构研究方法多糖及其复合物是来自于高等动、植物细胞膜和微生物细胞壁中的天然大分子物质之一,自然界含量丰富,与人类生活紧密相关,对维持生命活动起至关重要的作用。
多糖和核酸、蛋白质、脂类构成了最基本的4类生命物质。
由于多糖的生物活性与多糖的结构关系密切,因此清楚认识多糖的结构是进行多糖研究和利用的基础。
多糖结构比蛋白质和核酸的结构更加复杂,可以说是自然界中最复杂的生物大分子。
从化学观点来看,多糖结构解析最大的难点就在于其结构的复杂性。
糖的结构分类可沿用蛋白质和核酸的分类方法,即多糖的结构也可分为一级、二级、三级和四级结构。
与蛋白质或核酸大分子相比,糖链的一级结构“含义”要十分丰富。
测定糖链的一级结构,要解决以下几个问题:(1)相对分子质量;(2)糖链的糖基组成,各种单糖组成的摩尔比;(3)有无糖醛酸及具体的糖醛酸类型和比例;(4)各单糖残基的D-或L.构型,毗喃环或呋喃环形式;(5)各个单糖残基之间的连接顺序;(6)每个糖苷键所取的a-或B.异头异构形式;(7)每个糖残基上羟基被取代情况:(8)糖链和非糖部分连接情况;(9)主链和支链连接位点:(10)糖残基可能连接硫酸酯基、乙酰基、磷酸基、甲基的类型等。
多糖的二级结构是指多糖主链间以氢键为主要次级键而形成的有规则的构象,与分子主链的构象有关,不涉及侧链的空间排布;多糖的三级结构和四级结构是指以二级结构为基础,由于糖单位之间的非共价相互作用,导致二级结构在有序的空间里产生的有规则的构象四。
多糖结构的分析手段很多。
不仅有仪器分析法,如红外、核磁共振、质谱等,还有化学方法,如完全酸水解、部分酸水解、高碘酸氧化、Smith降解、甲基化反应等,以及生物学方法,如特异性糖苷酶酶切、免疫学方法等。
1质谱(MS)由于MS法在糖链结构分析中具有快速灵敏,样品用量少、结构信息直观的特点而得到越来越广泛的应用。
近年来各种软电离技术的诞生,如快原子轰击质谱(FAB—MS),电喷雾质谱(ESI—MS),基质辅助激光解析离子化质谱(MALDI-MS)等,使得糖结构分析的研究取得了日新月异的发展。
1. 红外光谱法(IR)红外光谱在多糖的结构分析上的应用主要是确定糖苷键的构型以及常规官能团。
如:多糖化合物在890cm- 1处吸收是β-吡喃糖苷键特征峰,而820 cm- 1和850cm- 1则是α-吡喃糖苷键特征峰。
2.核磁共振法( NMR)主要用于确定多糖结构中糖苷键的构型以及重复结构中单糖的数目。
3. 原子力显微镜(AFM)该技术是在扫描隧道显微镜( STM )基础上发展起来的一种新颖的物质结构分析方法。
其用很尖的探针扫描待测样品表面, 探针附在一根可活动的微悬臂的底端上, 当探针与样品接触时, 产生的微小作用力引起微悬臂的偏转, 通过光电检测系统对微悬臂的偏转进行检测和放大, 信号经过转换可得到样品的三维立体图像。
如:该技术研究了香菇多糖在不同浓度NaOH 溶液下构型和构象的转变。
4. X- 射线衍射法(XRD)X - 射线衍射法可得到晶体的晶胞参数和晶格常数, 再加上立体化学方面的信息,包括键角、键长、构型角和计算机模拟, 就可以准确的确定多糖的构型。
5. 圆二色谱( CD)从CD 可以知道绝对构型、构象等信息, 是研究多糖的三维结构的有效办法。
中性多糖因缺少一般紫外区可提供信息的结构, 难以直接得到由CD 谱提供的结构信息,通常可进行衍生化或者将多糖与刚果红络合后测定。
6. 快原子轰击质谱( FAB - M S)FAB- MS适合于分析极性大、难挥发、热不稳定的样品。
在快原子轰击过程中, 样品通过正离子方式增加一个质子或阳离子, 或通过负离子方式失去一个质子产生准分子离子作为谱图的主要信号, 并给出反映连接顺序等信息的碎片。
因此FAB- MS可用来测定寡糖链的分子量。
通过FAB- MS形成[M - H ] - 离子是确定寡糖中单糖组成的一种方便的方法。
7. 气质联用(GC - M S)气相色谱与质谱联用可以得到有关单糖残基类型、链的连接方式、糖的序列和糖环形式、聚合度等多种结构信息。
经过分级纯化的多糖在测定结构前须检查其纯度及测定分子量。
检查纯度最常用的判断方法:(1)用G C 、HPLC测定组成多糖的单糖的摩尔比是否恒定。
用不同的柱型测定结果更为可靠。
(2)电泳只出现一条带。
如可用聚丙烯酰胺凝胶电泳、乙酸纤维素薄膜电泳及玻璃纤维纸电泳。
对于中性多糖可采用高压电泳,以硼酸盐为缓冲液,可增大其迁移速度。
(3)凝胶柱层析图呈现对称的单峰。
若有“拖尾”现象,说明其均一性不够好。
阴离子交换层析纯化用DEAE一纤维素52(2.6x100cm)柱层析,0.lmol/LNaCl洗脱,流速6ml/h,按2ml一管分部收集,苯酚一硫酸法逐管检测,绘制收集体积与糖含量之间的关系曲线。
看是否有单一对称峰。
按照Ye等报道,采用DEAE一52一纤维素交换柱层析法(2.6x30cm)对鲍氏层孔菌菌丝体粗多糖进行初步分离。
DEAE一纤维素凝胶预处理:称取DEAE一52一纤维素凝胶干粉,加入约10倍体积质量比(ml/g)的0.5mol/LNa0H溶液浸泡30分钟,倒出上清液,用大量去离子水反复浸洗至pH值近中性;再用相同体积的0.5mol/LHCI溶液浸泡30分钟,倒出上清液,用大量去离子水反复浸洗至pH值近中性;最后用相同体积的0.5mol/lNaOH溶液再浸泡30分钟,用大量去离子水反复浸洗至pH值中性。
处理完毕后,进行湿法装柱,用去离子水0.5mol/LNaCl溶液,去离子水依次分别平衡(流速1.0ml/min)2一3个柱体积备用.糖样100mg溶于5ml的去离子水中,离心除去不溶物,上样于DEAE一52一纤维素阴离子层析柱(2.6x30cm,Cl-1型),分别采用去离子水0.1和0.3mol/LNaCI溶液进行分段梯度洗脱,流速1.0ml/min,自动收集器分部收集(10ml/管),每梯度20管。
用硫酸一苯酚法跟踪检测各管多糖含量(490nm处吸收值),以收集的管数为横坐标。
吸光值(490nm)为纵坐标绘制DEAE 一52一纤维素色谱柱洗脱曲线。
多糖结构分析范文多糖是由单糖分子通过糖苷键连接而成的高分子化合物,广泛存在于生物体内,具有重要的生理功能和科学研究价值。
多糖的结构分析是研究其化学组成、分子结构和空间构型的过程,对于了解多糖的生物学功能和性质具有重要意义。
多糖的结构分析方法主要包括物理化学方法、光谱分析方法和酶解分析方法等。
下面将对这些方法进行详细说明。
1.物理化学方法:物理化学方法是利用多糖的物理性质进行结构分析的方法。
其中包括粘度测定、分子量测定、光旋光度测定和电泳分析等。
(1)粘度测定:多糖的粘度与其分子大小和结构有关,通过测定多糖溶液的粘度可以推测其分子量和构型。
粘度测定通常利用Ubbelohde粘度计或Ostwald粘度计进行。
(2)分子量测定:多糖的分子量是其结构的关键参数,可通过凝胶过滤、凝胶电泳或质谱等方法测定。
其中,凝胶过滤是常用的方法,通过选择合适的孔径大小的凝胶阻隔多糖的滤过,然后根据滤过时间计算出多糖的分子量。
(3)光旋光度测定:多糖的结构中含有手性中心,具有旋光性,通过测定多糖溶液的旋光度可以推测其分子结构。
通常使用旋光光谱仪进行测定。
(4)电泳分析:多糖的电泳分析常用聚丙烯酰胺凝胶电泳或琼脂糖电泳。
通过电泳分析可以确定多糖的电荷性质、分子大小和分子结构。
2.光谱分析方法:光谱分析方法包括红外光谱、核磁共振(NMR)光谱和质谱等。
(1)红外光谱:红外光谱可以提供多糖分子中官能团的信息,如羟基、氨基、羧基等。
通过对比标准谱图或理论谱图,可以确定多糖的官能团组成。
(2)核磁共振光谱:核磁共振光谱可以提供多糖分子的分子结构和空间构型信息。
其中,13CNMR可确定多糖的碳原子排布,1H-NMR可确定多糖的氢原子排布。
(3)质谱:质谱是一种通过测量多糖分子或其片段的离子质量比来确定分子结构的方法。
通过质谱可以推断多糖的元素组成、分子量和结构。
3.酶解分析方法:酶解分析方法是利用特定的酶可以选择性地降解多糖,从而确定其分支链和连接方式。
多糖的构象研究方法综迹多糖物质(Polysaccharides)是构成生物高级组织的重要物质,是最常见的复杂植物碳水化合物。
它们在维持和调节生物系统稳定性方面表现出极高的活性、组成多样性和结构复杂性。
过去几年来,多糖结构构象研究取得了显著进展,得益于几种先进研究方法的支持。
本文就目前用于多糖结构构象研究的主要方法进行综述,主要内容包括:结构表征技术、分子模拟技术、结构分析技术和表征技术。
结构表征技术是多糖构象研究的基础,包括显微镜技术、X光衍射技术和核磁共振技术等。
它们可以测量多糖分子的几何构型,不仅能识别多糖分子的底物,还能准确地表征其形状、大小和官能团分布等。
显微镜技术可用于研究多糖分子的构象,提供了一种量化分析多糖构象和抗原性的方法。
X光衍射技术是一种穿透衍射技术,可以测量多糖分子空间结构,从而获得更准确的构象信息。
核磁共振技术可以快速准确地测量多糖构象,给出更准确的结构表征指标,例如取代官能团类型、取代数量和官能团位置等。
分子模拟技术是多糖构象研究的基础,可以用来预测多糖分子的构象和性质。
它可以提供有关多糖分子结构、性能和作用机制的重要信息,并有助于设计新的多糖。
分子模拟技术主要包括力场模拟、能量最小化和统计力学模拟等。
它们可以帮助我们更好地了解多糖结构的物理化学性质,探索多糖分子的构象调控机制,从而明确其作用机制。
结构分析技术是指在多糖分子构象研究中所应用的技术,可以将多糖分子的空间结构以及其结构表征参数提取出来。
结构分析技术包括几何分析技术、能量模型分析技术和统计分析技术等。
它们可以用于分析多糖结构的物理实体、结构特征、空间构象和结构参数等。
此外,还可以用于比较不同多糖结构的差异,发掘多糖结构之间的关系,并用于设计新的多糖分子及其结构表征。
表征技术是指在多糖结构构象研究中所应用的技术,主要用于描述和分类多糖结构构象。
表征技术主要包括:结构表征技术、序列表征技术和表面表征技术等。
它们可以用于提取多糖分子的序列特征、表面特征、结构特征和功能特征等,更好地了解多糖的构象特性,从而获得更精确的多糖结构构造及功能。
一:多糖中的单糖组分分析一般对多糖进行完全水解,水解条件:封管0.5~3M硫酸或1~6M盐酸,80℃~100℃水解2.5~8h 即可。
或控制水解条件,进行逐步水解,如封管0.025M硫酸,100℃水解15min,30min,45min 等,水解液用碳酸钡或氢氧化钡中和,滤液浓缩后可用纸层析、薄层层析、气相层析或高压液相层析等鉴定。
二:相邻单糖基连接方式分析将甲基化多糖水解得到甲基化的单糖,而此单糖上甲基化之羟基所在的碳原子就是连接键所在。
高碘酸氧化是定量反应,Smith降解是将高碘酸氧化产物进行还原,酸水解或部分水解,从高碘酸的消耗量和不同产物的生成,便可进行糖苷键位置的判断-产物中若有一分子比例的甲酸生成而消耗两分子比例的高碘酸根时,表明多糖的非还原末端或非末端部分有1-6苷键相连的单糖基存在;产物中若有赤藓醇生成,则提示有1-4结合苷键;若有甘油生成,有1-6、1-2结合的苷键或有还原性末端葡萄糖基等;若产物中能检出单糖,如葡萄糖、半乳糖、甘露糖等,则有1-3苷键存在。
结合¹³C-NMR确定连接位置。
三:端基碳苷键构型分析1:酶解实验:不被淀粉酶水解的多糖,无α-苷键,与纤维素酶有作用者,存在β-苷键。
2;IR:α-型差向异构体的C-H键在844±8cm‾¹处有一个吸收峰;β-型的C-H键在891±7cm‾处有一个吸收峰。
但是,海藻糖、阿洛糖和异阿洛糖的α-型和β-型同时存在的情况下,就不能以次来判断。
3:¹H-NMR:端基碳的δ值大于5.00ppm者,糖苷键为α-型,小于5.00ppm者,则为β-型。
4;¹³C-NMR:α-型连接的C₁化学位移在97-101ppm,β-型的在103~105ppm。
对甘露聚糖不能用化学位移判断α-型或β-型。
可用裂分常数决定,一般¹Jc-h=170HZ,为α-型,160HZ 者为β-型。
水溶性多糖的提取及结构测定方案提取水溶性多糖方法:1. 蒸馏水提取法将植物材料使用蒸馏水浸泡一定时间后,在常温下加热,使多糖向水中溶解。
然后进行过滤、冷却、离心等操作,分离出水溶性多糖。
优点:简单易行,可获得高纯度多糖。
缺点:需耗费大量水和时间,获得的多糖含量低。
2. 酸碱法提取法将植物材料使用强酸或强碱处理,破坏细胞壁,释放出多糖。
然后中和酸或碱,进行沉淀或过滤,获得多糖。
优点:易操作,可获得高纯度多糖,提取产量高。
缺点:对多糖结构有影响,需要严格控制处理时间、温度等参数。
3. 高压法提取法将植物材料加入高压蒸馏水中,在高温高压下进行提取。
然后通过冷却和离心等步骤,分离出水溶性多糖。
优点:高效、快捷、获得的多糖含量高。
缺点:需要专业设备,投资成本高。
结构测定方案:1. 紫外-可见光谱分析法将多糖样品溶解在水中,使用紫外-可见光谱仪测量其吸收光谱。
通过分析吸收峰位、峰形等特征,推断多糖结构。
优点:简单易用,快速。
缺点:只能得出对多糖主要结构的推测。
2. 红外光谱分析法将多糖样品与 KBr 混合后压成盘,进行红外光谱测量。
通过分析吸收峰位、峰形等特征,确定多糖结构。
优点:稳定可靠,测量精度高。
缺点:需要专业技能和设备。
3. 核磁共振光谱分析法将多糖样品溶解在溶剂中,使用核磁共振仪进行分析。
通常使用的是1H核磁共振技术。
通过分析多糖分子内部原子的化学位移、耦合常数等特征,确定多糖结构。
优点:精确度高,能够解析多糖结构。
缺点:需要专业技能和设备,而且成本较高。
总的来说,不同的提取方法和结构测定方法各有优缺点,需要根据具体的研究目的和条件来选择。
同时,为了保证研究结果的可靠性和精确度,提取和分析过程中需要注意控制实验条件和误差。
基金项目:国家自然科学基金资助项目(81872962);国家重点研发计划项目(2019YFC1710800);山西省重点研发计划重点项目(201603D311101);山西省优秀人才科技创新项目(201605D211030,201705D211020) 作者简介:李雪琴,女,1995-07生,在读硕士,E mail:2417609567@qq.com 收稿日期:2020-11-11多糖的结构解析方法研究进展李雪琴1,2,李 科1,2,3 ,秦雪梅1,2,李震宇1,2,范信晖1,2,崔连杰1,2(1山西大学中医药现代研究中心,太原 030006;2山西大学化学生物学与分子工程教育部重点实验室;3中国科学院过程工程研究所; 通讯作者,E mail:like@sxu.edu.cn)关键词: 中药; 多糖; 结构解析; 纯度; 单糖组成; 单糖连接方式; 糖苷键构型; 构象中图分类号: R284 文献标志码: A 文章编号: 1007-6611(2021)03-0380-08 DOI:10.13753/j.issn.1007-6611.2021.03.023 中医药是我国的国粹,是中国人民几千年来与疾病作斗争的经验总结,新冠肺炎疫情发生以来,中西医结合的救治方案在全程中均发挥不可替代的作用。
中药成分复杂,多糖是中药的活性成分之一,研究表明,多糖是柴胡生物活性的基础[1],黄芪多糖在抗肿瘤[2]、抗衰老[3]、抗氧化[4]等方面发挥着重要作用,大枣多糖具有抗氧化、抗疲劳、抗肿瘤等多种药理活性,是大枣中重要的活性成分[5]。
与基因组学和蛋白质组学相比,糖组学的研究进展较为缓慢,其主要发展瓶颈在于糖的树形结构增加了糖结构解析的难度[6],尤其是多糖的分支结构尚未有效的方法准确测定,因此多糖的构效关系并不明确。
研究具有活性的中药多糖结构,以便更好地开发利用中药资源是亟待开展的重要工作。
目前缺乏可以对大部分多糖进行结构解析的普遍适用的方法,因此很难实现对多糖结构的快速准确解析,从而制约了对多糖进一步深入的研究。
多糖高级结构解析方法的研究进展多糖是一种由多个单糖分子通过糖苷键连接形成的生物大分子,在生物体内发挥着重要的生理功能。
多糖的高级结构解析对于理解生物大分子的生物功能和药物研发具有重要意义。
近年来,随着科技的不断发展,多糖高级结构解析方法的研究取得了显著的进展。
本文将围绕多糖高级结构解析方法的研究进展进行综述。
多糖高级结构的解析方法可以概括为物理方法、化学方法和生物方法。
物理方法包括X射线衍射、红外光谱和核磁共振等,可以提供多糖的构象和取向等信息。
化学方法主要包括降解、甲基化、乙酰化等,可以用于确定多糖的链长度、糖单元组成和连接方式等。
生物方法则包括利用特异性抗体或酶对多糖进行识别和降解等,可以用于分析多糖的高级结构。
然而,这些方法存在一定的局限性,如样品制备困难、分辨率低、特异性不够强等。
随着科技的不断进步,近年来多糖高级结构解析方法的研究取得了许多新的进展。
例如,通过结合超速离心和质谱技术,研究者成功解析了复杂多糖的精细结构。
利用纳米孔测序技术也可以快速、准确地测定多糖序列。
另外,基于计算机模拟的方法如分子动力学模拟和蒙特卡罗模拟等也被应用于多糖高级结构的预测和解析。
这些新方法的引入极大地推动了多糖高级结构解析的研究进展。
多糖高级结构解析方法具有许多优点。
例如,物理方法可以提供关于多糖构象和取向的信息,化学方法可以确定多糖的组成和连接方式,生物方法可以用于分析多糖的高级结构。
然而,这些方法也存在一定的局限性。
例如,物理方法可能需要高分辨率的仪器设备,化学方法可能有副反应或无法确定糖苷键的位置,生物方法则需要特异性抗体或酶。
随着多糖高级结构解析方法的不断改进和发展,其应用前景也越来越广阔。
例如,在药物研发方面,通过解析特定多糖的高级结构,可以发现新的药物靶点或制备具有特定生物活性的多糖药物。
另外,多糖高级结构解析方法在食品工业、环境科学和生物技术等领域也有广泛的应用。
例如,通过解析食品中的多糖结构,可以评估其营养价值和生物活性;通过解析环境中的多糖结构,可以了解其对环境的影响和作用机制;通过解析生物技术制备的多糖结构,可以优化制备工艺并评估其生物功能。
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在进行多糖结构测定之前,需要做好充分的准备。
生物多多糖结构与功能相关性探究分析生物多糖是一类由多个单糖分子通过糖苷键连接而成的高分子化合物。
生物多糖在生物体内具有多种结构和功能,在细胞组织和生理过程中起着重要的作用。
本文将探究生物多糖的结构与功能之间的相关性,并进行分析。
生物多糖的结构多样性对其功能发挥起着至关重要的作用。
生物多糖的结构包括链长、支链、分支度以及单糖种类等因素的组合,这些结构特点决定了生物多糖的物理性质和化学性质。
例如,纤维素是一种由葡萄糖单糖组成的线性聚合物,其链长决定了纤维素的机械强度和稳定性,具有良好的保护作用。
而淀粉则是一种由葡萄糖组成的分支聚合物,其分支度决定了淀粉的可溶性和胰蛋白酶降解速率,具有能量储存和供应的功能。
此外,生物多糖的功能也与其分子结构密切相关。
不同的结构特点赋予生物多糖不同的功能,包括支持与结构、储存与供应、调节与信号传导等。
例如,胞外基质中的透明质酸具有多酸结构特点,可以吸收水分和膨胀,从而提供组织间的支持和保护,同时还可以与细胞及分子基质相互作用,参与信号传导过程。
另外,髓鞘中的神经酰胺具有脂肪酰胺结构,可以形成隔离性的保护层,以促进神经冲动的传导和保护神经纤维。
生物多糖结构与功能之间的相关性还可以通过糖链修饰来探究。
糖链修饰是指糖链上的特定单糖分子或化学基团的结合和修饰过程。
这些修饰可以影响生物多糖的空间结构、稳定性和生物学活性。
例如,蛋白质表面的寡糖修饰可以调节蛋白质的折叠和稳定性,参与细胞信号转导和免疫反应。
其他糖链修饰,如硫酸基团、乙酰基、甲基等,也可以影响生物多糖的功能。
因此,糖链修饰的存在使得生物多糖体系更加复杂多样。
生物多糖结构与功能之间的相关性不仅仅体现在单个生物多糖分子上,还与多糖的相互作用及组装有关。
多糖在生物体内往往存在于复杂的组合物中,如糖蛋白、糖脂等。
这些组合物的结构和组装方式决定了它们的功能和稳定性。
例如,胶原蛋白是一种糖蛋白,由多种生物多糖组装而成,具有结构稳定性和细胞外基质的支持作用。