全 文 ：第 2 1 卷 第 5 期
1 9 9 0 年 9 月
海 洋 与 湖 沼
O C E A N O L O G I A E T L IM N O L O G I A S I N I C A
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华北半叶紫菜藻胆体的光谱特性
和光能传递的研究 *
路荣昭 刘 斌 王淑芝
(中国科学院植物研究所 , 北京 )
红藻的光合器是由叶绿体和藻胆体组成的 。 藻胆体由多种藻胆蛋白和在结构上起连
接作用的无色蛋白或多肤所组成 。 藻胆体与类囊体片层紧密结合 , 在单位类囊体的片层
上藻胆体的数目因生物种类不同及其所处环境条件的不同而异 ; 一般为 4 0 一 1 2 0 0 个 /
产m 一 2 0
藻胆体的功能是捕获光能和将光能传递给类囊体片层上叶绿素 a , 以进行光合作用 。
红藻藻胆体中藻胆蛋白之间光能传递顺序为 : R一藻红蛋白* R 一藻蓝蛋白、 别藻 蓝
蛋白、 别藻蓝蛋白一 B。 其光能传递效率很高 , 从 R一藻红蛋白传至藻蓝蛋白效率为 93 拓 ;
从藻蓝蛋白传至别藻蓝蛋白为 98 并 ; 从别藻蓝蛋白传至别藻蓝蛋白一 B 为 96 多〔7] 。
由于藻胆体是一种具有高效率传递光能的光能捕获器 ,使红藻和蓝藻能更充分 ,更有
效地利用太阳能 。 因此对藻胆体的研究受到了重视 。 G a nt t 等于 1 9 7 2 年首先分离出完
整的藻胆体 「2] 。 此后国际上对多种红藻和蓝藻的藻胆体进行分离和研究 。 我国对藻胆体
的研究较晚 ,始于 1 9 8 2 年 l[] ;到目前为止 , 仅有蓝藻藻胆体的研究报道 。 本文报道了我国
华北半叶紫菜藻胆体的分离 ,光谱特性和光能传递的研究 。
一 、 材 料 和 方 法
1
. 藻胆体的分离
在青岛海滨采集华北半叶紫菜 ( p o r 户h夕r a 及a , a d a i 、 a r . h e m i户h y l l a ) 。 其藻胆体的
分离根据 G a n t t 〔4 , , N i e : 和 W e h r m e y e r 〔, , , , 和作者的方法 【` , , ,` ,并加以修改 。 操作如下 :
取 10 9 鲜重的华北半叶紫菜 , 加 1 5m l o . g m o l / L 磷酸二氢钠一磷酸氢二钾缓冲溶液 , p H
7
.
0 (以下简称磷酸缓冲溶液 )洗一次。 离心收集藻体 , 加少量石英砂进行研磨 , 然后用
c PS
一 1 型超声波粉碎机破碎细胞 2 0 m in , 在冰浴中 (每次超声处理 Zm in , 间 歇 s m i n ) 。
在已破碎的藻体悬浮液中加 l . 7m l 2 0并 T r i t o n X 一 10 0 , 在室温下保温 Z o m i n ,连续搅拌 。
离心 , 30 0 0 X g , 20 ℃ , 30 m in 。 取出离心管中部红色溶液作为蔗糖密度梯度离心的样
* 国家自然科学基金资助项目。
中国科学院海洋研究所周百成和潘忠正两位同志指导采集生物实验材料 ; 冯丽洁 、 张群和谭军协助技术工作 ,
均此一并致谢 。
收稿 日期 ; 19 8 8 年 4 月 2 日 。
5期 路荣昭等 :华北半叶紫菜藻胆体的光谱特性和光能传递的研究
品 。 不同浓度的蔗糖溶液用 0 .g m l o /L磷酸缓冲溶液配制 。 离心管中不连续的蔗糖密度
梯度自下而上的组成为 :0 . 8, m o l / L ( z m l ) , 0 . 7 m o l / L ( Zm l ) , 0 . , , m o l / L ( z m l ) , 0 . 4
m o l / L ( Zm l ) 和 o . z s m o l / L ( Zm l ) 蔗糖溶液 。 在 o . 2 5m o l / L 蔗糖溶液上部加 l m l 样品 。
离心 ,用 日立 7 o p 一 7 2 型离心机 , R p V 一 s o T 离心头 , 1 3 5 0 0 0 x g , 室温 , s h o
2
. 光谱测定
用岛津 U V 一 3 0 0 0 型记录双波长双光束分光光度计测吸收光谱 。 用日立 M P F 一 4 型
荧光分光光度计测液氮温度 ( 一 l % ℃ )和室温荧光发射光谱和激发光谱 。 激发波长为 54 5
n m
, 波长误差为 士 I n m 。
试剂磷酸二氢钠 ,磷酸氢二钾和蔗糖为国产分析纯试剂 。 T r it on X 一 1 0 为 RO T H 特
纯产品 。
二 、 结 果 和 讨 论
1
. 藻胆体的吸收光谱
华北半叶紫菜藻胆体的吸收光谱有 5 个吸收带 , 它们分别位 于 5 0 0 , 5 50 , 5 6 8 , 6 20
和 6 5 0 n m ; 主吸收峰在 5 6 8 n m , 见图 1 。 5 0 0 , 5 5 0和 5 6 8 n m 吸收带属于 R 一藻红蛋白吸
收带 , 6 2 0 n m 吸收带属于 R一藻蓝蛋白 , 6 , on m 吸收带属于别藻蓝蛋白。 由于别藻蓝蛋
白一 B含量少 , 因此它的吸收峰没有表现出来 。 R一藻红蛋白具有 5 0 0 , 5 50 和 5“ n m 三个
吸收带 , 这说明存在不同类型的生色团 。 根据该藻胆体的荧光发射光谱 , 产生 5 0 和 5 0
n m 吸收带的生色团是敏 化生色团 ,产生 56 8 n m 吸收带的是发荧光生色团 。
2
. 藻胆体的荧光发射光谱
( l) 室温荧光发射光谱 华北半叶紫菜藻胆体室温荧光光谱中有两个荧光峰 , 位
于 5 78 和 6 7 2 n m , 见图 2 。 5 7 8 n m 荧光峰由 R一藻红蛋白发射 , 6 7 2 n m 荧光峰由别藻 蓝
蛋 白一 B 发射 。 6 7 2 n m 荧光与 , 7 8n m 荧光相对强度比值为 3 . 5。 KaP cH oB以雌 等从紫球藻
( oP rP仰 ; id “ m ` ; “ 。 , , “ 司 分离的藻胆体的室温荧光发射光谱中此两峰的比值小 , 仅为
1
.
5二,〕。 `
本研究将华北半叶紫菜藻胆体在 巧一 20 ℃ 下存放一星期 ,使其解离 。 在解离藻胆体
的荧光发射光谱中 ,两个荧光峰的波长位置没变 ,仍然在 6 72 和 5 7 8n m ; 但主峰已由 6 72
n m 位移至 5 78n m 。 6 7 2 n m 荧光与 5 78 n m 荧光相对强度比值急剧下降至 。 . 6 5。 这是由于
藻胆体解离后藻胆蛋白之间光能传递效率低 , R一藻红蛋白所捕获的大部分光能不能传递
下去 ,这剩余的光能就以 R 一藻红蛋白荧光发射出来 ,因而 6 72n m 荧光下降 , 5 7 8 n m 荧光
上升 。 我们认为 , 可以利用别藻蓝蛋白一 B 荧光与 R一藻红蛋白荧光相对强度比值来鉴定
华北半叶紫菜藻胆体的完整性与解离程度 。
( 2 ) 液氮温度荧光发射光谱 华北 半叶紫菜藻胆体的液氮温度发射光谱中有三个
峰 ,位于 5 8 0 , 6 3 2 和 6 8 4 n m , 见图 3 ; 简称为 F 5 8 o , F 6 3 2 和 F 6 8 4。 它们分别属于 R -
藻红蛋 白 , R 一藻蓝蛋白和别藻蓝蛋白一 B 的荧光。 在完整的藻胆体 , F 6 84 最强 , F 5 80 次
之 , F 6 3 z 很弱 ; F 6 8 4 与 F 6 3 2 的比值为 2 4 ; F 6 8 4 与 F 5 8 0 的比值为 5 . 2 。 在解离藻胆体
的荧光发射光谱中 , F 5 8 o 和 F 6 3 2 显著增强 ; F 6 8 4 与 F 5 8 0 的比值下降 为 l · 2 ; F 6 8 4 与
6F 32 的比值降至 6 . 0。 这说明在解离的藻胆体中 , 由于 R一藻红蛋白与 R一藻蓝蛋白之间
42 8海 洋 与 湖 沼 2 1卷
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波长 ` 波长
图 l 藻胆体的吸收光谱
F 19
.
1 T h e a b s o r P t i o n s P e c t r u m o f
P h y e o b i l i s o m e
(波长单位为 n m , 图 2 , 3 , 4 同 )
图 2
F i g
.
藻胆体的室温荧光发射光谱 (凡二 一 , 4 5 n m )
2 T h e r o o m t e m p e r a t u r e f lu o r e s e e n e e
e m i s o i o n s P e e t r u m o f p h y c o b i li s o m e
— 完整藻胆体 ; … …解离的藻胆体。 图 3 同。
的连接 、 R一藻蓝蛋白与别藻蓝蛋白之间的连接发生解离 , R一藻红蛋白和 R一藻蓝蛋白所
捕获的光能不能有效地传递下去 , 一部分光能就以 R一藻红蛋 白和 R一藻蓝蛋白的荧光发
6 8 4 56 8
…翻0 . 7 0了
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400 50 0 60 0
波长 波长
图 3
F 19
.
藻胆体的液氮温度荧光发射光谱 (人二 二 5 4知 m )
3 T h e x i q u i a n i t r o g e n t e m p e r a t u r e f l u o r e s c e n c e
图 4 藻胆体的荧光激发光谱
F 19
.
4 T h e f l u o r e s e e n e e e x e i t a t i o 众
e m i s s i o n s P e c t r u m o f P h y c o b i l i s o m e s p e c t r u m o f p h y e o b i l i s o m e
— F 6 8 4 n m 液氮温度荧光激发光谱几… … F 6 7 2 n m 室温荧光激发光谱。
5期 路荣昭等 :华北半叶紫菜藻胆体的光谱特性和光能传递的研究 483
射出来 ,因此 F 5 8 0和 F 6 3 2 增强 。
在未解离的华北半叶紫菜藻胆体的液氮温度荧光发射光谱中一直存在较 强 的 R一藻
红蛋白荧光峰 。 而在蓝藻未解离的藻胆体的液氮温度荧光发射光谱中未观察到这 种 现
象 ,除别藻蓝蛋 白一 B 荧光很强外 ,其它藻胆蛋 白荧光都很弱 。
我们认为 ,在华北半叶紫菜完整藻胆体的荧光发射光谱中 , 仍然有较强的 R 一藻红蛋
白的荧光是由于该藻含有大量的 R 一藻红蛋 白 , 这些 R一藻红蛋 白所捕获的大量的光能因
没有足够量的藻蓝蛋白和别藻蓝蛋白去接受它 ,这些没有传递下去的光能就以 R一藻红蛋
白荧光的形式发射出来 。
3
. 藻胆体的荧光激发射光谱
在华北半叶紫菜藻胆体 6 72n m 室温荧光峰的激发光谱中有四个荧光峰 ; 它们位于
5 0 0 , 5 6 8 , 6 20 和 6 5 0 n m 。 藻胆体的 6 8 4n m 液氮温度荧光峰的激发光谱中有五个峰 ,位于
5 0 0
, 5 5 0 , 56 8
,
6 2 0 和 6 5 0 n m (图 4 ) 这说明 , R 一藻红蛋白 , R一藻蓝蛋白和别藻蓝蛋 白所
吸收的光能能传递给别藻蓝蛋 白一 B , 从而激发它发射出 6 8 4 n m 液氮温度荧 光 和 6 7 2n m
室温荧光 。
参 考 文 献
路荣昭 、 于延利 , 1 , 8 4。 多变鱼腥藻藻胆体的分离和荧光鉴定其完整性与解离程度。 水生生物学集刊 :8
4 2 7一 4 3 4 0
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L u R o n兮 z h a o a n d Y u Y a n 一11 , 19 85 . E f f e e t s o f P r o t e ian s e K o n t h e e n e r g y t r a n s f e r b e tw e e n p h y e o bi l i p r o -
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4 8 4 海 洋 与 湖 沼 2 1 卷
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T R A N S F E R O F P H Y C O B I L IS O M E F R O M 尸O R 尸H Y R A
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