全 文 ：　第 6卷　第 4期
2007年　8月　
广州大学学报(自然科学版)
JournalofGuangzhouUniversity(NaturalScienceEdition)
Vol.6　No.4
Aug.　2007
　　收稿日期:2006-12-11;　修回日期:2007-01-12
　　基金项目:广东省自然科学基金项目(06021574);广东省科技计划项目(2006B36501008)资助
　　作者简介:柯德森(1966-),男 ,研究员 ,博士 ,主要从事植物生理与生物化学研究.
　＊通信作者
文章编号:1671-4229(2007)04-0026-04
环境因素对龙须菜过氧化物酶活性的影响
柯德森 , 史椰灯 , 王正询＊
(广州大学 生命科学学院 , 广东 广州　510006)
摘　要:研究了温度 、盐度 、N浓度和重金属 4种环境因素对龙须菜(Gracilarialemaneiformis)过氧化物酶(Per-
oxidase, POD)活性的影响.结果表明 , 龙须菜 POD对温度的变化极为敏感 , 30℃或 35℃条件下 12d内 POD活
性上升近 5倍.N浓度升高则龙须菜 POD活性呈现先下降再升高的趋势;随着 Hg2+、Pb2+浓度增大 ,龙须菜 POD
活性先下降后上升再下降, 显示出比较复杂的变化规律;高盐度或低盐度胁迫明显降低了龙须菜 POD活性.对提
纯的龙须菜 POD离体酶的研究表明 ,盐度 、N浓度和重金属是通过完整细胞的协同作用来影响 POD活性的.温
度变化可明显诱导龙须菜 POD离体酶的活性变化 ,显示温度对 POD活性的影响不依赖于细胞的完整性.
关键词:龙须菜;过氧化物酶;环境因素
中图分类号:Q948.11　　　文献标识码:A
　　龙须菜是生产琼脂的主要原料 ,龙须菜养殖
过程还能大量吸收海水中的氮 、磷和二氧化碳 ,释
放大量氧气 ,可有效净化养殖区水质 ,因此也是一
种具有显著生态效益的经济海藻 [ 1] .龙须菜原产
地为山东半岛 ,适合在较低温度下生长.有研究表
明 ,移植粤东南澳海域的 KFGL981品系在养殖二
年后产量一般会下降 1 /3至 1 /2,表现出明显的种
质退化.而该品系在青岛附近海域并不发生类似
的现象 ,显示养殖海区的环境因素与龙须菜的种
质退化有着密切的关系 [ 2] .青岛海域和粤东沿海
的各种环境因素中差别最为明显的是温度.
KFG981品系在粤东沿海养殖时的种质退化往往
发生在渡夏之后 ,表明温度可能是导致龙须菜品
质退化的关键因素.过氧化物酶(POD)是植物细
胞内保护酶系统中的一种 [ 3] ,与植物抵御极端温
度 、干旱 、重金属胁迫 、病害等各种不良环境有着
密切的关系 [ 4] .逆境条件下植物体内自由基产生
增加 ,其结果一方面诱导酶活性的升高 ,同时自由
基又可直接攻击生物大分子 ,破坏蛋白质的分子
结构 ,并可使酶活性丧失 [ 5] .POD活性变化作为
生物体内重要的生理指标 ,同时也是生物响应逆
境环境的重要标志 ,可以作为监测环境胁迫的生
物指标.
1　材料和方法
1.1　实验材料
龙须菜人工栽培品系 KFGL981, 2006年 1月
采集于广东省南澳县.实验时取一定量经过不同
条件处理的龙须菜藻体全株 ,加入冰冻的 50 mmol
·L-1 pH7.0的磷酸缓冲液快速匀浆 , 4 000 rpm
离心 15 min,上清液于冰水中备用.
1.2　环境因素对龙须菜 KFGL981的处理
1.2.1　温度处理
将龙须菜置于 6个加有 500 mL标准人工海
水的烧杯中 ,分别于 10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、
35℃中培养.测 POD活性和蛋白质含量 ,隔 1d测
1次 ,共测 12 d(标准人工海水盐度 24.87,比重
1.019 0).
1.2.2　盐度实验
在 30℃的条件下 ,把龙须菜分别移到盐度为
10.03、 20.01、 22.25、 24.87、 28.23、 30.12、 40.04
的培养液中培养 6d,测其 POD活性和蛋白质含量
(对照为盐度 24.87、比重 1.019 0的标准海水).
1.2.3　N浓度实验
在 30℃的条件下 ,把龙须菜分别于不同 N浓
　第 4期 柯德森等:环境因素对龙须菜过氧化物酶活性的影响 　　　
度 (0.075、 0.150、 0.300、 0.600及 1.200 mg·
L-1)下培养 6 d,然后测其 POD活性和蛋白质含
量 (对照采用 GB3097的第二类海水水质标准 ,
即海水中无机氮浓度为 0.3 mg·L-1).
1.2.4　重金属实验
在 30℃的条件下 ,把龙须菜分别于不同 Hg2+
浓度(0.000 125、0.000 25、0.000 5、0.001、0.001 5,
0.002mg· L-1),以及不同 Pb2+浓度 (0.012 5、
0.025、0.05、0.1、0.15、0.2 mg· L-1)下培养 10d,
测其 POD活力和蛋白质含量 (对照采用 GB11607-
89的第一类海水水质标准 ,即海水中汞浓度≤
0.000 5mg· L-1 ,铅浓度≤0.05 mg·L-1).
1.3　龙须菜 POD活性的测定 [ 6]
提取液 1 mL中加入反应混合液 3 mL,迅速混
匀并于 UV-2401(PC)型分光光度计(岛津 ,日本)中
测量 470 nm下吸光值随时间的变化曲线.以使
A470 nm每分钟变化 0.01所需酶量为 1个活力单位.
1.4　实验数据处理
以上实验重复次数均为 3,取平均值并计算标
准误差(SE),图表中的数据均为:平均值 ±SE,图
中以垂直短线表示 SE.
2　实验结果
2.1　温度对 POD活性的影响
从图 1的结果可见 ,龙须菜 POD对培养温度
的变化非常敏感.当温度低于 25℃时龙须菜 POD
活性随培养时间变化并不明显 ,但在 30℃和 35℃
温度下 ,龙须菜 POD的活性明显上升 ,培养 12 d
上升近 5倍.
图 1　不同温度下龙须菜 POD活性随时间的变化曲线
Fig.1　TheEfectoftemperatureonperoxidaseactivityin
Gracilarialemaneiformis
2.2　盐度变化对龙须菜 POD活性的影响
图 2结果显示 ,龙须菜在盐度为 24.87的标
准海水中培养 6 d, POD的活性明显高于低盐度或
高盐度海水中培养的龙须菜.低于 24.87盐度时 ,
POD酶活性随盐度的增大而上升;盐度高于 24.87
时 , POD酶活性随盐度的增大而下降.
图 2　盐度对龙须菜 POD活性的影响
Fig.2　EfectofsalinityonperoxidaseactivityinGracilaria
lemaneiformis
2.3　氮浓度对龙须菜 POD活性的影响
从图 3的结果可以看出 ,人工海水中氮浓度
变化对龙须菜 POD活性的影响较为复杂.当 N浓
度小于 0.3mg· L-1时 ,酶的活性随 N浓度的升高
而下降 ,当 N浓度大于 0.3 mg· L-1时 , POD酶的
活力又开始回升.
图 3　N浓度对龙须菜 POD活性的影响
Fig.3　EfectofNconcentrationonperoxidaseactivityin
Gracilarialemaneiformis
2.4　重金属对龙须菜 POD活性的影响
图 4的结果可见 ,在低浓度的 Hg2+、Pb2 +胁迫
下 ,龙须菜 POD活性随着 Hg2+、Pb2+浓度的增大
先下降 ,到一定浓度后开始上升 ,随着浓度的继续
增大 , POD的活力又开始下降.显示重金属对龙
须菜 POD活力的影响相当复杂.
2.5　环境因素对龙须菜 POD离体酶活性的影响
从表 1的结果可见 , 35℃培养的龙须菜 POD
酶活力明显高于 25℃培养的龙须菜 POD酶活力 ,
35℃离体处理龙须菜 POD提取液比活体处理
POD酶活力上升的幅度更大 ,培养 6 d的离体粗
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　　 广州大学学报(自然科学版) 第 6卷　
提酶活力上升近 10倍(图 1,表 1).25℃条件下 ,
盐度和 N浓度的变化对活体龙须菜的 POD酶活
力有比较明显的影响 ,但对离体的酶活力影响并
不明显.重金属的加入不仅明显地影响了活体龙
须菜的 POD酶活力 ,而且明显地降低了离体 POD
酶的活力.二种重金属在一定的浓度下可以诱导龙
须菜活体内 POD酶活力的上升(图 4),但均不能诱
导离体状态的 POD酶活力的上升 ,表明重金属对龙
须菜 POD酶的诱导作用依赖于细胞的完整性.
图 4　重金属对龙须菜 POD活性的影响
Fig.4　EfectofheavymetalirononperoxidaseactivityinGracilarialemaneiformis
表 1　各种培养条件对龙须菜 POD提取液的酶活性的影响
Table1　TheefectofenvironmentfactorsontheactivityofpartialpurificationPODinGracilarialemaneiformis
培养条件 活体处理 POD活力 /(U· mg-1 Pr) 提取液 POD活力 /(U· mg-1 Pr)
对照:25℃,标准海水 58.6±4.2 77.3±3.3
35℃,标准海水 118.2±3.4a 703.2±2.6a
25℃,标准海水 + 40.04盐度 33.8±3.3a 77.1±2.7
25℃,标准海水 + 10.03盐度 39.2±1.9a 75.9±5.1
25℃,标准海水 +N浓度 0.300mg· L-1 48.4±4.1a 76.3±6.5
25℃,标准海水 +N浓度 0.600mg· L-1 51.1±3.8a 76.6±5.9
25℃,标准海水+Hg2+浓度 0.000 5mg· L-1 48.3±5.4a 89.2±5.4a
25℃,标准海水 +Hg2+浓度 0.001mg· L-1 66.5±5.5a 88.5±3.6a
25℃,标准海水 +Pb2+浓度 0.05mg·L-1 49.6±4.8a 86.6±5.2a
25℃,标准海水 +Pb2+浓度 0.1 mg· L-1 62.4±3.9a 85.2±4.5a
　注:数据表示为平均值 ±标准误差 ,实验重复次数为 3;a表示数据与对照有明显差异(P<0.01);培养时间均为 6d.
3　讨　论
特定的酶蛋白高级结构是酶表现催化活力的
基础 ,酶活力的表达及变化与酶蛋白的特定结构
域的构成及变化密切相关.生物体内酶活力的上
升可能是由于酶蛋白合成的增加 ,也可能是酶蛋
白结构变化的结果[ 7] .从表 1的结果看 ,温度的上
升既可引起活体内 POD酶活力的上升 ,也可明显
提高提纯后的离体 POD酶活力 ,表明龙须菜 POD
对温度的响应既可能是基因转录水平上对酶蛋白
合成的诱导 ,也可以直接作用于蛋白质水平上 ,引
起酶蛋白高级结构的变化从而导致活力的上升.
N浓度 、盐度及重金属对活体龙须菜的 POD酶活
力有明显的影响 ,但却不能引起离体 POD酶活力
的上升(表 1),表明 N浓度 、盐度及重金属对龙须
菜 POD酶的影响主要存在于细胞水平上 ,需要依
赖于细胞的完整性才能诱导 POD酶活力.从各种
因素对龙须菜 POD活力的影响综合分析可见 ,龙
须菜 POD酶是一种对环境变化非常敏感的抗氧化
酶.特别是龙须菜 POD对温度胁迫表现出了非常
特殊的响应 ,不仅表现在温度可显著地引起活体
内龙须菜 POD酶活力的变化 ,更特别的是温度变
化可以在非细胞体系中诱导龙须菜 POD酶活力的
上升(表 1).因此 ,龙须菜 POD酶对温度的响应
机制必然与其酶蛋白上的一些特殊的结构域的存
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　第 4期 柯德森等:环境因素对龙须菜过氧化物酶活性的影响 　　　
在有关 ,这方面尚未见到相关的研究报道.相信相
关机制的阐明不仅有利于阐明龙须菜对环境温度
胁迫的敏感机制 ,而且对于研究蛋白质结构与功
能之间的关系具有重要的参考价值.
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Efectsofenvironmentalfactorsontheactivity
ofperoxidaseinGracilarialemaneiformis
KEDe-sen, SHIYe-deng, WANGZheng-xun
(SchoolofLifeSciences, GuangzhouUniversity, Guangzhou510006, China)
Abstract:Theinfluenceoftemperature, salinity, nitrogenconcentrationandheavymetalonperoxidase(POD)
activityisstudiedinGracilarialemaneiformis.TheresultsshowthatthePODactivityinGracilarialemaneiformis
isexceedingsensitivetothetreatmenttemperature.Itexhibitsnotobviouslychangingbelow25℃ butincreases
sharplywhentheplantistransferedtogrowat30℃or35℃.ThePODactivitydeclinesfirstandthenincreases
alongwiththeincreasingofnitrogenconcentration.ThePODactivityismaximumgrowingatstandardsalinity,
butitdeclinesobviouslyatlowerorhighersalinity.AlongwiththeincreaseoftheconcentrationofHg2+ and
Pb2+, PODactivitydeclinesfirstandthenincreases, howeveritbeginstodeclineagainwhenthetreatmentcon-
centrationataratherhighlevel.TheactivityofpartialpurificationPODfromGracilarialemaneiformisisnotob-
viouslyafectedbynitrogenconcentrationandsalinity, showingtheefectofnitrogenconcentrationandsalinity
isdependedontheintegrationofthecels.TheactivityofpartialpurificationPODcanbeinhibitedbutcannot
beenincreasedbyheavymetaltreatment, whichindicatesthattheheavymetal-inducibleincreaseofPODactivi-
tyisalsodependedonthecelintegration.However, theactivityofpartlypurificationPODcanbeincreasedob-
viouslybythechangingoftemperature, itincreasesobviouslyinvitroevenmorethaninvivo.Theresultsshow
theafectionoftemperatureonPODmightbedirectlytoworkonthelevelofproteinbychangingitsspecial
structureofPODprotein.
Keywords:Gracilarialemaneiformis;peroxidase(POD);environmentalfactors
【责任编辑:周　全】
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