全 文 ：第9 卷
1 9 8 3
植 物 生 理 学 报
A A T CPH Y T OPH YS I OL O GIAS I NI CA
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19 8 3
在供给氮源和光暗条件下满江红鱼腥藻
(A n aba e n a az o l a e ) 的荧光光谱特性
孙谷畴
(中国科学院华南植物研究所 )
白克智 吴国良
(中国科学院植物研究所 )
提 要
生长在氮培养介质的满江红鱼腥藻藻丝表现藻蓝素 6 38 n m 劳光发射峰 , 而生长在无氮培
养介质的藻丝主要表现藻蓝素 642 mn 荧光发射峰。 生长在无氮培养介质的藻丝藻胆色素所吸
收的光激发荧光强度对叶绿素 a 67 肋m 所吸收的光激发荧光强度的比值较生长在有氮培养介
质的藻丝为高 , 表明生长在无氮培养介质的藻丝有更高的激发能传递效率 。
生长在有氮和无氮培养介质的藻丝移置暗处 40 小时 , 藻胆色素所吸收的光激发 荧光 强
度对 6 78 n m 叶绿素 a 所吸收的光激发荧光强度的比值增大 , 随着暗处理时间增长 , 比值逐趋
增大 , 表明暗处理降低叶绿素 a 的激发能传递 。 暗处理的藻丝再移置光下 , 藻丝的光系 统 I
和光系统 I 叶绿素 a 的荧光发射强度增强 ; 藻胆色素所吸收的光激发荧光强度对 678 n m 叶绿
素 a 所吸收的光激发荧光强度的 比值显著地下降 , 表明暗处理后的藻丝在光下迅速恢复叶绿
素 a 激发能传递的活跃状态 。 可能表明蓝绿藻色素间激发能传递的调节是适应变化着环 境的
一种有效方式 。
Cho 和 G o v in dj e ( 197 0) 曾研究过 A n e c ys 七is 的吸收光谱与荧光激发光谱 , 提 出 藻
丝存在藻蓝素 、 别藻蓝素和两个光系统叶绿素 a 。 藻蓝素吸收光能被激发时 , 除了引 起
本身的荧光发射外 ,光能以激发能的形式从藻蓝素传递给叶绿素 a ,并表现为后者 的荧光
发射 ( D u ys en 。 , 1 9 5 1 ) 。 激发能的传递效率和环境温度有关 ( C h o 和 G o v in d je , 1 9 7 0 ) 。
光影响鱼腥藻 (A an 石ae an a m石仓u m )及满江红鱼腥藻 (A an bo an 鱿 0左a e ) 的生长和发育 (吴国
良等 19 52 , K al e 1 9 7 0 ) 。 F el e m in g 和 H a o e lkan ( 1 9 7 3 )表明蓝绿藻 (No s ot c m u sc o r u m ) 的
藻丝从含有钱盐或硝酸盐的培养介质移置无氮培养介质时引起营养细胞分化为异形胞 。
卫ay ( 19 6 9) 分析了不同分化细胞的色素 。 但引起人们更有兴趣的是 , 促进营养 细 胞 分
化为异形胞的外界环境因子对藻丝色素成分和色素间激发能传递效率的影响 。 这将有助
于阐明细胞分化的内在变化 。 本文报道了供给氮源和光暗条件对满江红鱼腥藻荧光光谱
特性和色素间激发能传递效率的影响 。
材 料 和 方 法
满江红鱼腥藻得自中国科学院植物研究所生理室 。 藻丝生长在有氮和无氮两种培养介质 s( at in er
等 份 71 ) 。 日光灯照光 , 培养室温度 25 0 0 。 试验分为两组处理 : ( 1 )藻丝移置暗处 10 、 20 和40 小时 ,
1 98 2年 5 月 冲日收到 。
1 6植 物 生 理 学 报 9卷
一一一一一` 一一一一一一 ~一- ~一一一- 一一一- —以正常照光下生长的藻丝为对照 , ( 2 )藻丝在暗处理 40 小时后再移置光下 10 、 20 和 40 小时 , 以暗处理 4 0 小时的藻丝为对照 。 以 P h州 e 冰冻离心机 20 0 9 离心 10 分钟收集藻丝 , 并悬于无氮培养介质 ,
取部分藻丝悬液 , 用国产 C S F一 74 型超声细胞破碎器处理 , 并镜检直到营养细胞完全破碎为止 , 处理
时间约 7 分种 。 根据 A rn on (1 9 49 ) 方法测定叶绿素含量 , 叶绿素提取液预先经过 7 5 0 0 转 /分 离 心 7
分钟以除去细胞残渣 。 藻丝悬液适当稀释后 , 在日立 M P F一 4 型荧光分光光度计以相同的仪器灵敏范
围测定藻丝的荧光光谱 。 荧光发射光谱的激发光波长为 54 5 n m , 荧光激发光谱 的荧 光 发 射 波 长 为
7 3 0 n 幻比。
结 果
~
、 生长在有氮和无氮培养介质的满江红鱼艘游荧光光讼比较
当以主要为藻蓝素吸收的 5 45 n m 光激发生长在有氮培养介质 的藻丝 ( 图 1 ) ,其荧光
发射光谱表现 6 80 n m 和 63 8n m 藻蓝素的荧光发射峰 、 别藻蓝素 6胆耳m 炎光发 射 肩 峰
和光系统 I 及光系统 I 叶绿素 a 的 6 85 n m 和 73 0 n m 荧光发射峰 。 生长在无氮培养介质
的藻丝除了 6 80 、 62 6 和 翁 s n m 荧光发射峰外 , 主要表现 64 2n m荧光发射峰 , 并可见别
藻蓝素 6 62 n m 荧光发射峰 。 但生长在两种不同培养介质的藻丝 , 其光系统 I 和光 系 统
1 叶绿素 a 的 6 85 n m 和 73 On m 发射荧光强度则相近似 。
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图 1 . 满江红鱼腥藻生长在有氮和
无氮培养介质的液氮低温荧
光发射光谱
藻丝悬于无氮培养介质 , 藻体浓度相当于
海毫升含 2拜g 叶绿素 。 激发光波长 5 45 n m .
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… …生长在无氮培养介质的鱼腥藻 。
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th o u t n i t r o g e n
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图 2 表明生长在有氮培养介质的藻丝表现藻蓝素 6 20 n m 荧光激发峰 、 叶绿素 67 8n m
和 71 4n m 荧光激发峰 。 生长在无氮培养介质的藻丝尚表现明显的别藻蓝素 6的 n m 的荧
光激发峰 。 生长在有氮培养介质的藻丝荧光激发光谱表明 , 藻蓝素 6加 n m 所吸收 的光
激发荧光 强度相当于 67 8n m 叶绿素 a所吸收的光激发荧光强度的 0 . 84 , 别藻蓝素 6印 n m
所吸收的光激发荧光强度为 6 7 8 n m 叶绿素 a 所吸收的光激发荧光强度的 0 . 67 多 而生 长
在无氮培养介质 的藻丝 , 其藻蓝素和别藻蓝素所吸收的光激发荧光强度分别相当于 6 75
n m 叶绿素 a 所吸收的光激发荧光强度的 1 . 14 和 0 . 92 。
结果表明 · 与 67 8n m 叶绿素 a 所吸收的光激发荧光强度相比较 , 生长在无氮 培 养
介质的藻丝藻蓝素和别藻蓝素所吸收的光对光系统 I 叶绿素 a 荧光发射的贡献 较 生 长
在有氮介质的藻丝者为高 。
1 期 孙谷畴等 : 在供给氮源和光暗条件下满江红鱼腥藻 ( A an 石。 。 成 ol la e) 的荧光光谱特性 17
图 2 , 满江红鱼腥藻的液氮低温荧
光激发光谱
藻丝悬于无氮培养介质 , 藻体浓度相同于
图 1 。 发射荧光波长为 73 0 n m 。
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— 生长在有氮培养介质的鱼腥藻。g r o wn in m e d iu m w i th n i t r o ge n ,
生长在无氮培养介质的鱼腥藻。
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二 、 暗处理后 , 生长在有氮和无氮培养介质的满江红鱼胆蕊的荧光光谱比较
以主要为藻蓝素吸收的 54 5 n m 光激发在暗处 40 小时的生长在有氮培养介质的藻丝
(图 3 ) , 其荧光发射光谱表现藻蓝素 6 80 n m 和 6 3 8 n m 荧光发射峰及别藻蓝 素 6 62 n m 荧
光发射峰 , 尚有光系统 I 和光系统 I 叶绿素 a 6 85 n m 和 7 30 n m 荧光发射峰 ; 而生 长 在
无氮培养介质的藻丝经过暗处理 , 表现藻蓝素 5 80 n m 和 。42 n m 荧光发射峰及光 系统 I
和光系统 I 叶绿素 a 的荧光发射峰。
图 3 . 满江红鱼腥藻经暗处理 4 0 小
时后的液氮低温荧光发射光谱
藻丝悬于无氮培养介质 , 藻体浓度相同于
图 1 。 激发光波长为 5 45 nm
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生长在有氮培养介质并经暗处理40 小
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— 生长在无氮介质并经暗处理40 小时 。
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18 植 物 生 理 学 报 9 卷
图 4 表明生长在无氮培养介质并经过 40 小时暗处理的藻丝 , 其藻蓝素 6 20 n m 和 别
藻蓝素 6 50 n m 所吸收的光激发荧光强度相当于 67 8n m 叶 绿 素 a 所 吸 收 的 光 激 发 荧
光强度的 1 . 63 和 1 . 09 多 而生长在有氮培养介质并经过暗处理 4 0 小时的藻丝 , 其 藻 蓝
素 6 20 n m 和别藻蓝素 6 50 n m 所吸收光 的激发荧光强度分别相当 于 67 8n m 叶 绿 素 a 所
吸收的光激发荧光强度的 1 . 26 和 0 . 86 。 结果表明 , 生长在无氮培养介质并经过暗处 理
4 0 小时的藻丝 , 其藻胆色素所吸收的光对光系统 I 叶绿素 a 荧光发射的贡献仍 较 生 长
在有氮培养介质和经过 4 0 小时暗处理的藻丝为高 。
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图 4 . 满江红鱼腥藻经暗处理 4 0小时后的液氮低温荧光激发光谱
藻丝悬于无氮培养介质 , 藻体浓度相同于图 1 。 荧光发射波长为 73 Onl 。
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a t m e n t for 4 0 加u sr . T h e n u o er cs e n ce e而s s io n aw ve le n g t h aw s 7 3 0 n脸— 生长在有氮培养介质的藻丝 。gr o w n in me id u m 初 t h n i t r ge e n .
生长在无氮培养介质的藻丝 .
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th o u t n i t r o g e n
.
有氮培养介质生长的满江红鱼腥藻藻丝经暗处理 20 和 4 0 小时的荧光激发 光 谱 (图
6 )
, 在正常光下有氮介质生长的藻丝 , 其藻蓝素 6 20 n m 和别藻蓝素 6 50 n m 所吸收的光
激发荧光强度分别相当于 6 7 8n m 叶绿素 a 所吸收的光激发荧光强 度 的0 . 83 和 0 . 7。 叶
绿素 a 对光系统 I 叶绿素 a 荧光发射的贡献大于藻蓝素和别藻蓝素对光系统 I 叶绿 素
荧光发射的贡献 。 当藻丝放置在暗处 20 小时 , 藻蓝素和别藻蓝素所吸收的光激发 荧 光
强度分别相当于 67 8n m 叶绿素 a 所吸收的光激发荧光强度 的 1 . 06 和 0 . 79 。 当延长暗处
理时间至 40 小时 , 藻蓝素和别藻蓝素所吸收的光激发荧光强度分别 为 67 8n m 叶 绿 素 a
所吸收的光激发荧光强度 的 1 . 12 和 0 . 85 。 表明由于暗处理时间延长 , 67 8n m 叶绿素 a所
吸收的光对光系统 I 叶绿素 a 荧光发射的贡献逐趋降低 , 因而随着暗处理时间延 长 , 藻
胆色素所吸收的光对光系统 I荧光发射的贡献占有更大的比例 。
1期 孙谷畴等 : 在供给氮源和光暗条件下满江红鱼腥藻 (A 、 加 n a e此口l a召 )的荧光光谱特性 9 1
0
.
6
图 5 .生长在有氮培养介质和经 加和
40小时暗处理的满江红鱼腥藻
的液氮低温荧光 激发光谱
藻丝悬于无氮培养介质 , 藻体浓度同
图 1 。
荧光发射波长为 730 nm 。
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三 、 暗处理后照光的有氮和无氮培养介质生长的满江红鱼胆燕荧光光谱比较
生长在无氮培养介质和经暗处理 4 0小时后移置光下的藻丝荧光发射 光 谱 (图 6 ) ,
可见暗处理 4 0 小时后照光 40 小时的藻丝光系统 I 叶绿素 a 6 85 n m 和光系统 I 叶绿素 a
7 30 n m 的发射荧光强度较暗处理 4 0小时的藻丝增高。
图 6 . 生长在无氮介质的满江红鱼腥藻
经暗处理 40 小时后移置光下 40
小时后的液氮低温荧光发射光谱
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— 暗处理 40 小时 。d a r k t er a t r n e n t fo r 4() h ou r s .
暗处理 40 小时后移置光下 40 小时 .
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2 0 植 物 生 理 学 报9 卷
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- 一一`- 一- ~- — 一一~ 一一一一一— 一 勺一一一- 一一生长在无氮培养介质和经 40 小时暗处理及随后移置光下0 1小时和2 0 小时的 满 江红鱼腥藻的荧光激发光谱( 图 7) , 暗处理 4 0 小时的藻丝 , 其藻蓝素 6 20 n m 和别藻蓝 素6 5 o n m 所吸收的光激发荧光强度分别为 6 7 8 n m 叶绿素 a 所吸收的光激 发 荧 光 强 度 的1 . 65 和 1 . 15 。 当暗处理 4 0 小时后再移置光下 10 小时 , 藻丝的藻蓝素 6 2 0 n m 和别藻蓝素 6 50 n m 所吸收光激发荧光强度分别相当于 6 7 8n m 叶绿素 a 所吸收的光激发荧光强 度的 1 . 0 9 和 0 . 79 , 暗处理 4 0 小时后移置光下 2 0小时 , 藻丝的 6 7 8 n m 叶绿素 a 所吸收的
光激发荧光强度继续增高 。 藻蓝素和别藻蓝素所吸收的光激发荧光强度分别相 当 于 6 78
n m 叶绿素 a 所吸收的光激发荧光强度的 0 . 41 和 0 . 45 。 随着暗处理后照光时 间 延 长 ,
6 7 8 n m 叶绿素 a 所吸收光的激发荧光强度趋于增大 , 使得藻蓝素和别藻蓝素所吸收的光
激发荧光强度对 67 8n m 叶绿素 a 所吸收的光激发荧光强度之比降低 。 暗处理后 照 光 时
间延长 , 叶绿素 a 所吸收的光对光系统 I 叶绿素 a 荧光发射的贡献趋于增大 。
波长 W a v e l e邓 t h ( nm )
图 7 . 生长在无氮培养介质 的满江红
鱼腥藻经暗处理 40小时和移置
光下 10 和 20 小 时的液氮低温
荧光激发光谱
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— 暗处理 40 小时。d a 比 ter a t r Qe n t fo r 4 0 h o u r s
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·一 暗处理 40 小时后照光 1 0小时。
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满江红鱼腥藻的液氮低温荧光光谱表现藻蓝素 5 80 n m 和 63 8n m 荧光发射峰和光 系
统 l 对绿素 a 6 85 nm 荧光发射 峰及 光 系 统 I 叶 绿 素 a 7 so n m 荧 光 发 射 峰 (M u ar at等 19 6 6 ) , 相似于 A , e妙s ist ( C h o 等 1 9 7 0 )和 An a b a en a 摊瘫沉ils ( P e t ser o n 等 19 5 1 ) 。
生长在有氮培养介质的藻丝 , 其藻蓝素的主要荧光发射峰为 ,6 3 8n m , 而生长在无氮
培养介质的藻丝 ,其藻蓝素主要荧光发射峰为 642 n m 。结果可能表明生长在无氮培养介质
的藻丝有着更高比例的偏向于较长波长吸收的藻蓝素或藻蓝蛋白。 藻蓝素吸收光能并以
激发能的形式传递给别藻蓝素 , 最后传递至叶绿素 a 。 别藻蓝素又称为蓝绿藻和红藻 的
叶绿素 b , 它的吸收峰在 6 6 0 n m , 荧光发射波长为 6 60 n m 。 别藻蓝素是蓝绿 藻 的 捕获
光色素系统的组成色素和激发能传递链的中间传递色素 。 生长在无氮培养介质的藻丝 ,
其荧光激发光谱表明藻蓝素和别藻蓝素所吸收的光对光系统 I 荧光发射的贡献较大 , 表
1期 孙谷畴等 : 在供给氮源和光暗条件下满江红鱼腥藻 ( Aan施胡 a 成 oal 。 )的荧光光谱特性 21
明生长在无氮培养介质的藻丝 , 其藻胆色素有着较高的激发能传递效率 , 因而可能增大
光能利用效率 , 有利于藻丝的生长和分化 。
短期的暗处理对藻丝藻胆色素成分并未表现明显的影响 。 生长在有氮和无氮培养介
质的藻丝经暗处理 4 0 小时 , 其藻蓝素的荧光发射峰没有变化 。 但暗处理的藻丝 , 其 6 78
n m 叶绿素 a 所吸收的光激发荧光强度降低 , 表现为藻胆色素所吸收的光激发荧光 强 度
对 6 7 8n m 叶绿素 a 所吸收的光激发荧光强度 比值的增高 。 随着暗处理时间延长 , 67 8n m
叶绿素 a 所吸收的光激发荧光强度逐趋降低 , 表明随着暗处理时间增长 , 天线叶绿 素 a
所吸收的光对光系统 I 荧光发射的贡献减低 , 即激发能的传递效率降低 。 但是 , 生长在
无氮培养介质的藻丝较生长在有氮培养介质的藻丝有着较高的藻胆色素所吸收的光激发
荧光强度 , 表明生长在无氮培养介质的藻丝经过短时间的暗处理后仍能有效地利用藻胆
色素所吸收的光能 。
暗处理的藻丝再移置光下 , 藻丝的光系统 I 和光系统 I 叶绿素 a 的发射荧光强度增
高。 同时恢复叶绿素 a 的激发能传递的活跃状态 , 提高了色素间激发能传递效率 。 色素
间激发能传递的调节可能和藻胆色素的色性适应 ( B o g o r a d 1 9 7 5) 同是蓝绿藻适 应 变 化
着环境的一种方式 。
参 考 文 献
吴国良 、 钟泽璞 、 白克智 、 王发珠 、 崔 激 , 1 982 . 光质对满江红鱼腥藻生长发育的影响 。 植物学报 , 24 : 40 、
5 3
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2 植 物 生 理 , 学 报 9 卷
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