全 文 ：第 29卷　第 2期
1999年 4月
青 岛 海 洋 大 学 学 报
JO URN AL OF OCEAN UN IV ERS ITY OF QIN GDAO
29( 2): 265～ 270
Ap ri l, 1999
江蓠属藻胆体的研究
—— Ⅰ . 藻胆体的分离及吸收光谱特性
张学成　程晓杰　隋正红　魏　东　刘晨临　徐年军
(青岛海洋大学海洋生命学院 ,青岛 , 266003)
摘　要　报道了以青岛野生型龙须菜 ( wt )、黄色突变体 ( y e100)、 4株绿色突变体 ( g r180、 g r184、
g r186、 g r188)、委内瑞拉野生型龙须菜 ( lv )、南非野生型龙须菜 ( sa )及真江蓠为材料 ( ga ) ,用蔗糖密
度 梯度离心法得到完整的藻胆体。 3种野生型龙须菜 ( w t、 lv、 sa )和 ye100的藻胆体位于
1. 0～ 1. 5mol /L蔗糖层 ;绿色突变体 gr188的藻胆体位于 0. 75～ 1. 0mo l /L蔗糖层 ;其余 3种绿色
突变体的藻胆体位于 0. 75mo l / L蔗糖层 ;文中首次报道了一个物种含有分子量不同的两种完整的
藻胆体:真江蓠的藻胆体分别位于 0. 75mo l / L蔗糖层和 1. 0mo l / L蔗糖层。实验还比较了藻胆体的
吸收光谱特性 ,野生型龙须菜藻胆体的吸收峰为 499nm、 543nm、 568nm和 614nm, 650nm处有一
吸收肩 ,最高峰位于 568nm。与野生型龙须菜相比 ,黄色突变体、委内瑞拉材料、南非材料及真江蓠
紫色藻胆体的吸收峰变化不大 ,但是 PE中藻尿胆素和藻红胆素的比率不同 , PC、 APC的相对含量
也有差异。而绿色突变体及真江蓠蓝色藻胆体的光谱特性变化非常明显 , PE含量减少 , PC和 APC
的含量增加 , PE生色团的结构也发生了改变。龙须菜野生型和突变型藻胆体之间的差异比江蓠属
中不同种间的差异明显 ,而不同种间的差异又比不同产地龙须菜间的差异明显。
关键词　龙须菜 ;真江蓠 ;色素突变体 ;藻胆体 ;吸收光谱
中图法分类号　 Q949. 2+ 7; Q942. 5
藻胆体 ( phycobi li some, PBS)是红藻和蓝藻特有的光能捕捉器 ,由捕获光能的藻胆蛋白和
在结构上起连接作用的无色蛋白或多肽组成。 它位于类囊体膜外层 ,通过锚蛋白 ( anchor pro-
tein)固定在类囊体上 [1 ]。藻胆体含有别藻蓝蛋白 ( allophycocyanin, APC)、藻蓝蛋白 ( phyco-
cyanin, PC)和藻红蛋白 ( phycoery thrin, PE)。藻胆体有 4种形状: 束状、半盘状、半椭球状和双
圆柱状 ,是由“核心复合物”和放射状排列的“杆状复合物”组成的 [ 2]。其光能传递顺序为: PE→
PC→ APC→ APB(发射长波长荧光的 APC-B[3 ] )→ Chl a ,传递效率在 90%以上 [ 4]。
1966年 , Gantt用戊二醛固定并首次从紫球藻 ( Porphyridium cruentum )分离出完整的藻
胆体以来 [5 ]。 各种来源不同的藻胆体相继被分离出来 [6 ] ,从此 ,对藻胆体的结构功能和能量传
递及其机理的研究日益深入 [7～ 9 ]。 但对大型红藻藻胆体的研究多集中在低等红藻红毛菜纲
( Bang iophyceae)
[ 10～ 11]上 ,而对龙须菜藻胆体的研究则较少。 本文从青岛产野生型龙须菜及 5
个突变体、及委内瑞拉和南非产龙须菜、真江蓠中分离出完整的藻胆体 ,并测定了它们的吸收
光谱。结果表明来源不同的藻胆体结构和功能有明显差异 ,还首次发现了一个物种含有分子量
国家自然科学基金课题 ( 30370383)和国家攀登 B项目 ( PDB6-4-3)资助
收稿日期: 1998-07-30;修订日期: 1999-02-01
张学成 ,男 , 1940年 9月出生 ,硕士 ,教授。
不同的两种完整的藻胆体。 通过吸收光谱的比较 ,表明江蓠属中不同物种的藻胆体有一定差
异 ,不同产地龙须菜的藻胆体也有一定差异 ,但野生型和突变型龙须菜藻胆体之间的差异是最
显著的。
1　材料和方法
1. 1材料　　青岛产野生型龙须菜 (Gracilaria lemaneiform is )和真江蓠 (G. asiatica )采自青岛
湛山湾 ,突变体 ye100、 g r180、 g r184和 g r188经亚硝基胍诱变后获得。 gr 186为 g r184的突变
枝条 ,委内瑞拉和南非产龙须菜是通过国际交流得到的。 培养方法如张学成等 [ 12～ 13]所述。
1. 2方法
1. 2. 1藻胆体的分离　　参照 Gant t等的方法加以修改 [11 ]。 操作如下:称取新鲜藻体 3g ,用
0. 9mo l /L磷酸缓冲液 ( pH7. 0)冲洗 2次 ,吸干 ,切碎后放入研钵中 ,加磷酸缓冲液 6mL及少量
石英砂 ,冰浴研磨至浆状 ,转移到离心管中。然后在冰浴条件下用 Co le Parmer-4710型超声破
碎仪间歇破碎 55min(每次破碎 2min,间歇 5min)。在已破碎的悬浮液中加入 Triton X-100,浓
度为 2% ,室温下连续搅拌 60min,用筛绢过滤。 滤液离心 ( 15 000r /min, 20min, 20℃ )后 ,取出
离心管的中层部分进行蔗糖密度梯度离心。不同浓度的蔗糖溶液用 0. 9mol /L磷酸缓冲液配
制。 在 11mL离心管中制成不连续的蔗糖密度梯度 ,自下而上为: 1. 5mol /L, 1. 0mol /L ,
0. 75mol /L, 0. 5mol /L, 0. 25mo l /L蔗糖溶液各 1. 5mL。在 0. 25mo l /L蔗糖溶液上面加 1. 5m L
样品。 用 SCP-55H HITACHI型超速离心机 20℃下 45 000r /min离心 3h。
1. 2. 2吸收光谱测定　　用 UV-260型岛津自动记录分光光度计测定吸收光谱。
2　结果
2. 1完整藻胆体的分离　　藻胆体粗提液经蔗糖密度梯度离心后 ,可分为 3部分: 自下而上为
图 1　 9种材料藻胆体粗提液蔗糖密度梯度离心后带形
分布示意图
Fig. 1　 Sucr ose density g radient pro file after cent rifuga tion
完整藻胆体、不完整藻胆体及叶绿素和
类胡罗卜素 (图 1)。青岛产野生型龙须
菜 ( w t )、委内瑞拉种 ( lv )和南非产龙须
菜 ( sa)、黄色突变体 (y e100)的完整藻胆
体带位于 1. 0～ 1. 5mol /L层蔗糖溶液
层 ,呈深紫色 ,不完整的藻胆体位于
0. 25～ 0. 5mol /L处 ; 而 绿 色 突 变 体
g r180、 g r184和 g r186的完整藻胆体则
位于 0. 75mol /L蔗糖溶液层 ,显蓝色或
蓝紫色 ,不完整的藻胆体位于 0. 25～ 0. 5mol /L处 ; gr 188的完整藻胆体位于 0. 75～ 1. 0mol /L
层 ,呈蓝紫色 ,不完整藻胆体位于 0. 25～ 0. 5mo l /L处 ;真江蓠 (G. asiatica )的情况很特殊 ,既
有位于 0. 75mol /L层的蓝色藻胆体 ,又有 1. 0～ 1. 5mol /L层的深紫色藻胆体 ,分别简称为
gaB和 gaP,不完整的藻胆体位于 0. 25～ 0. 5mo l /L层。
2. 2藻胆体的吸收光谱　　各种材料完整藻胆体的吸收光谱见图 2和图 3。 野生型龙须菜
( w t )完整藻胆体的吸收光谱有 4个吸收峰 ( 499nm、 543nm、 568nm、 614nm )和一个吸收肩
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( 650nm )。最高峰为 568nm。 499nm、 543nm和 568nm3个吸收峰来自 PE,其中 499nm为藻尿
胆素的吸收峰 , 543nm和 568nm为藻红胆素的吸收峰 ,为三峰型 R-PE; 614nm来自 PC;
650nm来自 APC。 ye100完整藻胆体的吸收光谱与 w t基本相同 ,从相对于 568nm吸收峰的吸
收强度的变化 ,可以看出黄色突变体 ye100藻胆体的 PC和 APC的含量略有减少。图 2表明 ,
4株绿色突变体藻胆体的吸收光谱发生了显著的变化: g r 180有 3个吸收峰和 1个吸收肩 ,分
别为 495nm、 573nm、 616nm和 650nm, g r184有 2个吸收峰和 2个吸收肩 ,两者均少了 543nm
的吸收峰 ,并且最高峰变为 PC峰 616nm。 PE吸收峰由三峰型变为两峰型 , 568nm峰发生了红
移 ,说明其生色团结构已经发生了明显的变化。此外 , g r184的 PC峰也发生了蓝移 ,为 622nm。
从各峰吸收强度相对于 A568的比值上来看 ,绿色突变体的 PE含量减少了 , PC和 APC的含量
相对有大幅度增加。 gr 186藻胆体各种藻胆蛋白的相对吸收强度比较均衡 ,但其 PE又恢复到
三峰型。 gr 188的 PE也为三峰型 , PC和 APC的相对含量均明显提高。 A499 /A568表示藻尿胆素
与藻红胆素的比率 ,这一比值在 ye100中略有减小 , g r180中明显减小 , g r184、 g r 186和 g r188
则大大提高 ,说明突变体藻红蛋白内部组成发生了改变。
图 2　野生型和突变型龙须菜藻胆体吸收光谱
Fig. 2　 The abso rption spectr a of phyccobilisomes
from G. lemaneiformis and its mutants.
图 3　不同产地龙须菜与真江蓠藻胆体吸收光谱
Fig. 3　 The abso rption spectr a of PBS fr om G.
lemaneiformis o f different habita ts and G. asiatica.
委内瑞拉龙须菜 lv和南非龙须菜 sa的完整藻胆体与青岛野生型龙须菜相比 ,在吸收峰
的波长上无明显变化 ,但从相对吸收强度上 , lv和 sa的 PC含量明显降低。 APC的光谱性质是
相当保守的 ,其含量变化趋势与 PC基本一致: lv和 sa比 w t低 , g a的含量比 w t高。真江蓠的
两种分子量不同的藻胆体与龙须菜相比 , PC含量在 gaP中提高了 50%以上 ,在 gaB提高了 1
倍以上 ; gaP和 gaB的 PE中藻尿胆素含量比 w t也有明显增高。 gaP和 gaB两者相比 , gaB中
PC /PE和 APC /PE的比值比 gaB高 ,因而前者呈蓝紫色 ,后者呈紫色。
不同产地龙须菜、突变体龙须菜及真江蓠藻胆体的吸收光谱特性的比较见表 1。 A499 /A568
表示 PE中藻尿胆素 /藻红胆素的比 ,可以看出 3株绿色突变体 g r184、 g r186和 g r 188及真江
蓠的两种藻胆体 gaP和 gaB中藻尿胆素的相对含量较高 ; A543 /A568表示藻红胆素的两个吸收
峰的相对比值 ,常见 PE的 A543 < A568。结果显示 g r186和 ga中 A543≥ A568 ,而另一个极端是
g r180和 g r 184中 A543缺失 ,由三峰型 PE变为两峰型 PE,表明 PE的光谱性质发生了较大的
变化。另外 gaP和 gaB中比值不同 ,可见同一物种的两种藻胆体的性质也有差异。 A614 /A568和
2672期 张学成 ,等:江蓠属藻胆体的研究Ⅰ .
A650 /A568分别表示 PE与 PC及 APC的相对含量 ,可以看出野生型龙须菜和黄色突变体 PC和
APC含量相对较低 ,绿色突变体和真江蓠 PC和 APC含量相对较高。另外也可以看出真江蓠
的两种不同分子量的藻胆体的组成不同: gaP中 PC和 APC含量低 ,而 gaB中含量高。
除了两峰型和三峰型 PE之外 ,吸收峰值也有些变化 , PE中藻尿胆素吸收峰 w t为
499nm, Gr184蓝移为 495nm;藻红胆素的吸收峰 w t为 543nm , gaB蓝移到 540nm,另一个吸
收峰 w t为 568nm , g r184红移到 572nm。 PC的吸收峰也有较明显的变化: w t为 614nm, g r184
红移到 622nm。都说明 PE和 PC结构和功能的改变。与此相反 ,不同材料 APC的吸收峰之间
没有变化 ,都是 650nm(表 1)。
表 1　龙须菜、真江蓠藻胆体吸收光谱特性的比较
Table 1　 Comparison of abso rption spectra of PBS fr om G. lemaneiformis and G. asiatica
材料
Material
AP E APC AAPC A499 /A568 A543 / A568 A614 /A568 A650 /A568
w t 499, 543, 568 614 650 0. 625 0. 831 0. 402 0. 277
ye100 499, 543, 568 614 650 0. 598 0. 810 0. 389 0. 249
gr180 496, 573 617 650 0. 469 - 1. 288 0. 916
gr184 495, 572 616 650 0. 764 - 1. 090 0. 889
gr186 495, 543, 568 622 650 1. 000 1. 026 1. 018 0. 945
gr188 496, 543, 568 616 650 0. 911 0. 933 0. 782 0. 644
lv 599, 543, 567 613 650 0. 637 0. 822 0. 188 0. 117
sa 498, 542, 568 613 650 0. 706 0. 863 0. 314 0. 235
gaP 498, 542, 568 616 650 0. 813 0. 894 0. 650 0. 545
gaB 498, 540, 568 616 650 1. 070 1. 000 0. 933 0. 769
3　讨论
除张学成等用与本文相同的材料对藻胆蛋白进行了比较系统的研究 [13 ]之外 ,潘忠正等比
较了海洋红藻藻胆蛋白的光谱性质 [14 ] ,仵晓南等也比较了几种红藻和蓝藻的藻胆体光谱特
性 [15 ]。因为藻胆体是由几种不同的藻胆蛋白组成的功能性的光合单位 ,所以研究藻胆体可以
获得比藻胆蛋白更多更全面的信息。
本文的结果表明 ,野生型龙须菜与绿色突变体完整藻胆体的结构和功能之间有明显的区
别。 w t 和 ye100的完整 藻胆体位于 1. 0～ 1. 5mol /L 蔗糖溶液层 , g r188的 位于
0. 75～ 1. 0molL- 1层 , g r180、 g r 184和 g r186完整藻胆体位于 0. 75mol /L层 ,绿色突变体的藻
胆蛋白分子量变小。由吸收光谱可见 , w t的 PE为主要吸收峰 ,而绿色突变体 g r180和 g r184
的 PC吸收峰成为主要的吸收峰。 g r186和 g r188的 PC和 APC峰也有大幅度增高 ,可以推断
绿色突变体藻胆体分子量的减小是由于 PE减少。 野生型龙须菜及突变体 ( y e100、 g r180、
g r184)质体的超微结构发现:野生型龙须菜质体数量少 ,藻胆体颗粒个体大 ,密度大 ,而突变型
龙须菜质体数量增多 ,但藻胆体颗粒相应减少 (张学成等 ,待发表 )与本文结果相符。
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本文还比较了不同产地野生型龙须菜 w t、 lv、 sa,黄色突变体 ye100藻胆体的光谱性质。这
4种材料藻胆体分子量相同 ,吸收光谱特性基本相同 ,只是在藻胆蛋白的相对含量上略有差
异。
本文还揭示了野生型真江蓠同时存在两种完整藻胆体 ,分别是位于 0. 75mo l /L蔗糖溶液
层的蓝色藻胆体 ( gaB)和 1. 0～ 1. 5mo l /L层的深紫色藻胆体 (g aP) ,从藻胆体的颜色和光谱性
质推断是因为 PE的含量不同造成的。同种藻类具有两种不同的藻胆体 ,本文是首次报道。它
的成因及生物学意义还有待于进一步探讨。
藻胆体吸收光谱最明显的变化发生在 g r180、 gr 184两种绿色突变体上。其中 PE的吸收峰
由野生型的三峰型转变为两峰型 ;而且 568nm峰发生红移 ,增长了 4～ 5nm;说明生色团的结
构已经发生了改变。另外 , g r186和 g r188的 A499 /A568值与野生型相比增加了近 40% ,表明 PE
中藻尿胆素的比例提高。此外 A543 /A568也增加了近 40% ,可见藻红胆素的光谱特性也发生了
改变。一般认为 , PE吸收峰由两峰型进化为三峰型 ,藻红胆素含量的提高也是进化的结果 [16 ]。
可以说绿色突变体是在人为的干预下的返祖遗传现象。 这样的变化在自然条件下要经过漫长
的过程才能实现 ,但在实验室内短期可能达到。
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2692期 张学成 ,等:江蓠属藻胆体的研究Ⅰ .
Study on Phycobilisome of Gracilaria
Ⅰ . Isolation and absorption spectral characteristics
Zhang Xuecheng　 Cheng Xiaojie　 Sui Zhenghong　Wei Dong
Liu Chenlin　Xu Nianjun
(College of Marine Li fe Science , Ocean Universi ty of Qingdao, Qingdao, 266003)
Abstract　 Intact phycobilisomes w ere obtained from wild type Gracilaria lemaneiformis
f rom Qingdao Zhanshan Bay ( w t ) , yellow mutant ( ye100) , 4 g reen mutants ( g r180,
g r184, g r186 and g r188) , wi ld type G. lemanei formis f rom Venezuela ( lv ) , f rom South
Africa ( sa) and G. asiatica ( ga ) by sucro se g radient cent rifug ation method. The phyco-
bilisomes of w t , lv , sa and ye100 were in 1. 0～ 1. 5 mol /L sucrose layer; g r188 w as in
0. 75～ 1. 0 mol /L sucro se lay er; and the o ther three g reen mutants w ere in 0. 75 mol /L
sucrose layer. Fo r G. asiat ica, there w ere phycobi li somes of di fferent molecular
w eigh ts, co rresponding to po sitions of 0. 75 mol /L and 1. 0 mol /L , respectiv ely. The
absorption spect ra o f the phycobilisomes w ere also measured in the present paper. The
absorption peaks of w t w ere at 499 nm , 543 nm , 568 nm and 614 nm, along wi th a
shoulder of 650 nm. Compared wi th w t , the abso rption spect ra o f ye100, lv , sa and ga
w ere basically the same, but they w ere sligh tly dif ferent in PEB /PUB ratio and PC,
APC rela tiv e content. On the o ther hand, the phycobi li some spect ral character o f g reen
mutants ( g r180, g r184, g r 186 and g r188) and ga w as qui te dif ferent f rom that o f w t ,
show ing a decrease in PE and an increase in PC and APC contents, and change in phyco-
bilisome st ructure. The dif ference of phycobilisomes among wild type and mutants of G.
Lemaneiform is were more signi ficant than that among materials f rom dif ferent habi tats
and di fferent species of th e genus.
Key words　 Gracilaria lemaneiformis; Gracilaria asiatica; pigment mutants; phycobili-
some; abso rption spect ra
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