全 文 ：第 9 卷
19 8 3
植 物 生 理 学 报
A C T A P H YT O IOL OG IA S IN IC A
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1 9 83
不同波长光下生长的柱抱鱼腥藻和
满江红鱼腥藻的荧光光谱特性
孙谷畴
(中国科学院华南植物研究所 )
势
提 要
在日光灯下生长的满江红鱼腥藻 ( A an 兔 e an 叹口al 。 ) , 其叶绿素 a 所吸收光的激发能在 两
竹、系统间的分配相近于柱泡鱼腥藻 ( A . cy iln dr ic 。 ) 。 两个光系统发射荧光强度与藻蓝素发射荧
光强度的比值分别较柱饱鱼腥藻高 , 但两个光系统荧光发射强度的比值较低 。 满江红鱼腥藻
藻蓝素吸收光的激发能有效地传递给两个光系统 , 并以较大 的 比 例 分 配 至光 系 统 I 。 在
5 20 n m 光下的满江红鱼腥藻 , 其叶绿素 a 所吸收光的激发能 , 与柱抱鱼腥藻相 比 , 以 较 大
的比例分配给光系统 I ; 而在 6 00 n m 光下的藻丝 , 其叶绿素 a 所吸收光的激发能在两 个 光
系统间的分配与柱抱鱼腥藻相近似 。
60 n m 光提高了满江红鱼腥藻别藻蓝素所吸收光的激发能对光系统 I 荧光发射 的贡献 。
生长在 6 0 ~ 光下的藻丝较生长在 520 n m 光下的藻丝有更高的叶绿素 a 所吸收光的 激发
能传递效率。 藻丝生长在不同波长光下有着不同的叶绿素 a 和藻蓝素所吸收光的激发能传递
和激发能在两个光系统间的分配 。
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前 言
满江红鱼腥藻是居留在满江红 ( A oz la )小叶腔囊泡的蓝绿藻 , 它能分化具有固 氮 能
力的异形胞 , 并通过异形胞固定空气中游离的氮素 , 以供给藻丝营养细胞和满江红氮素
营养的需要 。 满江红的叶绿体施行光合作用 , 利用 日光辐射能同化 空气中的二氧化碳 ,
合成碳水化合物 , 并供给蓝绿藻碳素营养的需要。 满江红与满江红鱼腥藻是相互依存的
共生体 ( eP t er s 等 19 7 a4 , 19 74 b ) 。 满江红鱼腥藻 自满江红小叶腔分离后 , 在 自生条件下
仍保留原来的一些特性 , 如绿光促进异形胞的分化和外加碳源有利于氮固定作用 (吴国
良等 19 81 ) 。 在 自生条件下满江红鱼腥藻对不同波长光的反应 , 以及生长在不同波长光
下藻丝的色素所吸收光的激发能利用效率 , 是一个为人们感兴趣的问题 。 阐明这一问题
将有助于说明满江红鱼腥藻对光适应的特性以及这些特性与固氮能力的内在关系 。 本文
报道 了生长在不同波长光下两种鱼腥藻的荧光光谱特性和激发能传递及分配的关系 。
材 料 和 方 法
柱袍鱼腥藻和满江红鱼腥藻得自中国科学院植物研究所生理室 (白克智等 19 7 9 ) 。 藻丝生长在水
生 10 5 无氮培养液 7 天 (吴国良等 19 8 1 ) 。 收集的藻丝经过适当稀释后定量接种在含有 60 m l上述培
养液的锥形瓶中 , 置于 日光灯下 , 培养室温度 25 一 2o8 C 。 另一部分接种用的藻丝悬浮液移入 小 指 形
管 , 并置于铝质小圆筒或衬里的硬纸圆筒内 , 筒口大小适合放置滤光片 , 筒内光强度约相当于 7 x 10盛尔
19 8 2年 9 月 30 日收到 。
, 本工作承白克智 、 吴国良同志协助 ; 张国铮 、 王淑芝和冯丽吉同志帮助光谱测定 , 特此致谢 .
一一 - 一一 - . ~ . . . . . . . .
植 物 生 理 学 报 9 卷
格 · 秒 一 l · 平方厘米 一 l 。 另一组暗弱光处理的光强度约相当于 2. l x 1a 0尔格 · 秒一 l · 平 方 厘 米 一 1。
6 00n m 滤光片的透过光的最大波长 64 0n m , 半 波宽 9 . 3 n m ; 5 20 mn 滤 光片 的 透 光 最 大 波 长
52 5 n m
, 半波宽 6 . 0 n m 。 藻丝生长 3 天后以 p h y w e 冰冻离心机 加 009 离心收集 , 并悬浮于 无 氮 培
养介质 。 适当稀释后利用 A m o n l( 94 9) 方法测定叶绿素含量 。 藻丝细胞预先经过国产 C S F 一 74 型超声
细胞破碎器破碎 , 并镜检直到细胞完全破碎 , 约需时 7 分钟 ,调整至 80 %丙酮浓度 , 经过 7 50 转 /分离
心 7 分钟以除去细胞残渣 。 以 Q V 一50 型分光光度计测定叶绿素的光吸收和计算叶绿素含量 。 藻丝经
过适当稀释后 , 以 日立 M P F 一4 型荧光分光光度计测定荧光发射光谱和荧光激发光谱 。 激发光的 波 长
分别为 4 3 4 n m 和 54 5 n m , 赘光发射波长为 68 5 n m 和 7 32 n m 。
结 果
一 、 日光灯照光下生长的柱抱鱼胭藻和满江红鱼胭燕的液氮低通荧光发射光谱的比
较
当以主要为叶绿素 a 吸收的 43 4 n ln 波长的光激发柱抱鱼腥藻 ( 图 1 ) , 表现光系统 I
的 6 8 5 n m 和 6 9 6 幽 荧光发射峰和光系统 I 的 7 32 ln 荧光发射峰 。 光系统 I 的 6 85 n m和 6 9 5 n m 发射荧光强度与光系统 I 的 7 32 n m 发射荧光强度的比值分别 0 . 27 和 0 . 26 ,
满江红鱼腥藻同样表现两个光系统的荧光发射峰 。 光系统 ! 的 6 8 5 n m 和 6 95 n m 发 射
荧光强度与光系统 I 的 73 2 lun 发射荧光强度的比值分别为 0
.
25 和 0 . 28 。 两种鱼腥藻
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I 、林一 柱 , _ 藻
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的光系统 I和光系统 I发射荧光强度的
比值相近似 。
当以主要为藻蓝素吸收的 5 45 n m
光激发藻丝 (图 2 ) 。 柱抱鱼腥藻的荧光
发射光谱表现藻蓝素的 6 20 lun 和 6 42
lnI 荧光发射峰
、 别藻蓝 素 的 6 62 n m
荧光发射峰和光系统 I 的 6 8 6 n m 和光
系统 I的 7 32 lun 荧光发射峰
。 光系统
1的 6 8 6 n m 和光系统的 73 2 n m 发射
荧光强度分别为藻蓝素的 6 4 2 n m 发射
荧光强度的 0 . 6 6和 0 . 27 。 当以同样波
长的光激发满江红鱼腥藻 , 其光系统 I
6 8 5 n m 和光系统 1 7 32 n m 发射荧光强
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图 1 生长在日光灯下柱饱鱼腥藻和满江红
鱼腥藻的荧光发射光谱
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藻丝悬浮于无氮介质 ,
悬浮液含 2“ g 叶绿素 么 。 藻体
浓度相当于每毫升
激发光波长为 43 4 n m
680 70
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3 期 孙谷畴 : 不同波长光下生长的柱饱鱼腥藻和满江红鱼腥藻的荧光光谱特性 243
一 柱泡鱼胆藻 一
柱抱鱼腥藻
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一 满江红鱼腥藻
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波长 W a v e le n gt h (n m )
80 6 70 ( )2 0 7 740 6 70 708
波长W a v elen gt h (n m )
甲 图 2 生长在日光灯下柱抱鱼腥藻和满江红鱼腥藻的荧光发射光谱
藻体浓度同图 1 。激发光波长 54 5n m 。
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2 T h e n u or e s e e n c e e m is s i on s p e c t r a of
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a t 54 5n m
图 3 生长在 2 5 On m 波长光下柱抱鱼腥藻和
满江红鱼腥藻的荧光发射光谱
藻体浓度同图 1 。激发光波长为 434 n m .
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·
1 )
度 , 在相同的叶绿素含量的基础上较柱抱鱼腥藻高 。光系统 l 和光系统 I 发射荧光强度分
别为藻蓝素 64 2 mn 发射荧光强度的 0
. 舫 和 0 . 46 。 但满江红鱼腥藻的光系统 1 6 85 n m
和光系统 1 73 2 n m 发射荧光强度的比值 ( 1 . 5 )较柱抱鱼腥藻 ( 2 . 0 )低 。
二 、 不同波长光下生长的柱抱鱼腥藻和满江红鱼腥旅的液氮低温荧光发射光谱比较
以主要为叶绿素 a 吸收的 4 3 4 n m 波长光激发生长在 5 20 n m 波长光下的柱抱鱼腥
藻 ( 图 3 ) , 表现光系统 1 的 6 85 nIU 和 6 95 n m 及光系统 I 的 7 3 2 n m 荧光发射峰
。 光
系统 亚6 85 n m 和 6 9 6 n m 发射荧光强度与光系统 1 73 2 皿发射荧光强度的比值分别为
0
.
16 和 0 . 18 ; 而生长在同一波长光下的满江红鱼腥藻的相应比值分别为 0 . 2 和 0 . 23 。
图 4 表明 , 以 石4 5 mn 波长的光激发生长在 620 n m 波长光下的柱抱鱼腥藻 ,其荧 光
发射光谱表现藻蓝素 、 别藻蓝素和光系统 I 的 6 85 n m 及光系统 I 的 7 32 n m 的荧 光发
射峰 。 光系统 1 的 6 85 n m 和光系统 I 的 7 32 n m 发射荧光强度分别 为 藻 蓝 素 的 6 42
unI 发射荧光强度的 0
.
3 9 和 0 . 2 2 。 在相同的叶绿素含量的基础 上 , 生 长 在 5 20 n m 光
下的满江红鱼腥藻的光系统 1 6 8 5 n m 和光系统 1 7 32 lun 发射荧光强度较柱抱 鱼 腥 藻
植 物 生 理 学 报 9 卷
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波长 W a记即砂 h( n m )
图 4 生长在 520 n m 波长光下的柱抱鱼腥
藻和满江红鱼腥藻的荧光发射光谱
藻体浓度同图 1 。 激发光波长为 545 n m .
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波长 W a v el e n gt 卜(n m )
图 5 生长在 60 0 n m 波长光下的柱抱鱼腥
藻和满江红鱼腥藻的荧光发射光谱
藻体浓度同图 1 。 激发光波长为 4 34 n m 。
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高 。 光系统 1 6 85 ln 和光系统 1 732 n m 发射荧光强度分别为藻蓝素 6 42 n m 发射荧 光
强度的 0 . 4 6 和 0 . 29 , 亦较柱抱鱼腥藻高 。 但光系统 I 的 6 85 n m 与光系统 I 的 73 2 mn
发射荧光强度的比值为 1 . 54 , 低于柱抱鱼腥藻的同一比值 ( 1 . 70 ) 。 满江红鱼腥藻藻蓝
素所吸收光的激发能分配光给系统 I 所占的比例较大 。
生长在 6 0 0 n m 波长光下的柱抱鱼腥藻为 43 4 lun 波长的光激发时 (图 5 ) , 光系 统
l 的 6 8 6 n m 和 6 9 6 mn 发射荧光强度与光系统 I 的 7 3 2 mn 发射荧光强度的比值分 别为 0 . 31 和 0 . 3 4 , 而生长在同一波长光下的满江红鱼腥藻有着相近似的 比 值 ( 0 . 31 和
0
.
35 )
。 当以主要为藻蓝素吸收的 5 45 n m 光激发生长在 6 0 ilu 波长光下的柱抱鱼腥藻
( 图 6 ) ,光系统 I 的 6 85 n m 和光系统 I 的 73 2 ~ 发射荧光强度与藻蓝素的 6 42 lun 发
射荧光强度的比值分别为 0 . 35 和 0 . 16 。 光系统 l 的 6 85 n m 和光系 统 I 的 7 32 mn 发射荧光强度的比值为 2 . 19 。 以 6 45 n m 光激发生长在同一波长光下的满江红鱼腥藻 , 其
光系统 1 的 6 85 lun 和光系统 I 的 7 32 n m 发射荧光强度与藻蓝素 6 42 mn 发射荧光 强
3期 孙谷畴 : 不同波长光下生长的柱抱鱼腥藻和满江红鱼腥藻的劳光光谱特性 25 4
一 一 5 0 2n m光照射一 60 0n m 光照射1戊”1曰s二月-ǐ`城。` u。功ìno} l岁.-书节已侧卿嗽袱绷友场雾葱ō s”巨a.。 u` so`勺亿卜ù习1出侧麟絮似裸铡友毕
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波长 W a v日en gt h(n m )
图 6 生长在 6 0 n m 波长光下的柱抱鱼腥
藻和满江红鱼腥藻的荧光发射光谱
激发光波长为 5 5 4n m 。 藻体浓度同图 1 。
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图 7 生长在 50 2n m 和 60 ~ 波长光下的满江红鱼腥藻的荧光激发光谱
藻体浓度同图 1 。 荧光发射波长为 6 5 8n m 。
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1 )
度的比值分别为 1 . 1 和 0 . 92 , 较柱抱鱼腥藻的相应比值高。 光系统 E和光系统 I 发射荧
光强度的比值 ( 1 . 2 )则较柱抱鱼腥藻低 。
三 、 不同光强度下生长的满江红鱼腥燕液氮低通荧光激发光谱比较
图 7 为生长在 6 20 n m 波长光下满江红鱼腥藻的光系统 1 6 85 n m 荧光激发光谱 。 从
图中可见藻蓝素 62 0 n m 和别藻蓝素 6 50 nIU 荧光激发峰
。 别藻蓝素 6 50 n m 所吸收 光
的激发荧光强度与藻蓝素 6 2 0 n m 所吸收光的激发荧光强度的比值为 0 . 5 7 , 而 生 长 在
60 0 n m 波长光下的鱼腥藻相应的比值为 0 . 74 ,后者显著地较前者高 。 表明生长在 6 0 n m
波长光下的藻丝 , 其别藻蓝素所吸收光对光系统 亚荧光发射的贡献较大 。
在较暗弱的 60 0 n m 波长光下生长的满江红鱼腥藻 (图 8 )同样表现别藻蓝素所吸收
的光对光系统 I 荧光发射的贡献较生长在暗弱的 5 20 n m 波长光下的藻丝高 。
生长在 5 20 n m 波长光下的满江红鱼腥藻 (图 9 ) ,其 6 78 n m 叶绿素 a 和 7 14 n m叶
绿素 a 所吸收光的激发荧光强度分别为藻蓝素所吸收光的激发荧光强度的 0 . 9 2 和 0 . 3 6 ;
而生长在 6 0 n m 波长光下的藻丝 , 其相应的比值分别为 1 . 03 和 0 . 48 。 生长在 6 0 n m
波长光下的藻丝 , 其叶绿素 a 所吸收的光对光系统 I 荧光发射的贡献较大 。
2 4 6植 物 生 理 学 报
9 卷
在暗弱的 0 60 nm 波长光下生长的满江红鱼腥藻 (图 10 ), 其 6 78 nIU叶绿素 a 与 6 2 O mn 藻蓝素所吸收光的激发荧光强度的比值为 0 . 76 , 而生
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暗弱的 6O0n m光照射
暗弱的 52 加 m光照射
图 8 生长在暗弱的 52 0 n m 和 60 0 n m
发光谱
藻体浓度相当于每毫升悬浮液含叶绿素al . 2
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图 9 生长在 520 n tn 和
600 n m 波长光下的满江红
鱼腥藻的荧光激发光谱
藻体浓度同图 1 。 荧光发
射波长为 732 n m 。
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图 10 生长在暗弱的 5 20 n m
和 60 0 n m 波长光下的满江红鱼
腥藻的荧光激发光谱
藻体浓度相当于每毫升悬浮液
含 1 . 8 拼g 叶绿素 a 。荧光发射波长
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3期 孙谷畴: 不同波长光下生长的柱饱鱼腥藻和满江红鱼腥藻的荧光光谱特性 2 47
长在暗弱的 2 50 n m 波长光下的藻丝 , 其相应的比值为 1 . 3 8 。 在暗弱的 5 20 n m 波长光
下生长的藻丝 , 其叶绿素 、 所吸收的光对光系统 I 荧光发射的贡献占较大的比例 。
讨 论
eP et sr 等 ( 1 9 7 9 a) 曾经阐述过满江红和满江红鱼腥藻的共生关系 。 P 70 。 含量 (光系统
I )和延迟荧光发射 (光系统 I )的测定表明 , 满江红鱼腥藻的两个光系统的光化活 性 较
柱抱鱼腥藻低。 我们的结果表明 , 自满江红小叶腔分离和经过继代培养的满江红鱼腥藻 ,
其生长在 日光灯下的藻丝有着相近似于自生柱抱鱼腥藻叶绿素 a 所吸收的激发能在光系
统间分配的比例 ( 图 1 ) 。
D u y se sn ( 19 5 1) 曾指出 , 蓝绿藻藻蓝素所吸收的光除了一部分激发能以自身荧光的
方式发射外 , 激发能传递给两个光系统的叶绿素 a , 并表现为两个光系统叶绿素 a 的荧
光发射 。 以主要为藻蓝素吸收的光激发藻丝时 , 满江红鱼腥藻的两个光系统的发射荧光
强度较柱抱鱼腥藻高 。 说明满江红鱼腥藻在 自生条件下 , 藻蓝素所吸收光的激发能传递
至两个光系统叶绿素 a 的效率较生长在 同一条件下的柱抱鱼腥藻高 。 同时激发能以较大
的比例分配至光系统 I 。 在图 2 中清楚地表明满江红鱼腥藻的光系统 I 和光系统 l 发射
荧光强度的比值较柱抱鱼腥藻的显著为低 。
满江红鱼腥藻居留在满江红小叶腔内 , 它对光的吸收和利用都受到很大的限制 。 当
藻丝细胞有着较高的藻蓝素的光吸收和激发能传递效率 , 则可有效地利用满江红小叶腔
中暗弱的和主要是满江红叶绿体吸收后透过的光 。 分离的满江红鱼腥藻在 自生条件下仍
保留这一特性 。 生长在 5 20 n m 波长光下的满江红鱼腥藻 , 光系统 I 和光系统 I 发射荧
光强度 , 以及两个光系统发射荧光强度与藻蓝素的 6 4 2 n m 发射荧光强度的比值较生长
在同一波长光下的柱抱鱼腥藻高 。 满江红鱼腥藻生长在 5 20 n m 光下有着较高的藻蓝素
至两个光系统叶绿素 。 的激发能传递效率 。 生长在 6 0 0 n m 波长光下的满江红鱼腥藻亦
有相似的表现 。
生长在 6 0 n m 波长光下的藻丝 , 别藻蓝素对光系统 I 发射荧光的贡献 较 生 长 在
6 2 0 n m 波长光下的藻丝大 。 可能表明 6 0 0 n m 波长的光有利于别藻蓝素的合成或 促 进
别藻蓝素至光系统 I 的激发能传递 。 同时藻丝的 6 7 8 n功 叶绿素 a 与 6 20 n m 藻蓝素所 吸
收光激发的荧光强度比值亦较高 。 叶绿素 a 所吸收光的激发能对光系统 I 荧光发射的贡
献占较大比例 。 B嗯 or a d ( 1 9 75) 曾指出 , 蓝绿藻在红光下形成更多红光吸收的色素 , 而
在绿光下则正相反 , 它合成更多吸收偏 向于较短波长的色素 。 我们的结果亦表明 , 生长
在 6 0 n m 波长光下的满江红鱼腥藻 , 叶绿素 a 和别藻蓝素所吸收光的激发能对两个光
系统的荧光发射的贡献较生长在 5 20 n m 波长光下的藻丝大 。 但生长在暗弱 的 5 20 n m
波长光下的满江红鱼腥藻 , 其叶绿素 a 所吸收光的激发能对光系统 I 荧光发射的贡献仍
较高 。 可能在暗弱光下藻丝通过提高叶绿素 a 所吸收光的激发能传递效率 , 以充分利用
有限的光能 。
结果表明 , 满江红鱼腥藻在 自生条件下仍保存原有的特性。 生长在 5 20 n m 波 长光
下仍有着高的光吸收和激发能传递效率 。 藻丝生长在不同波长光下 , 表现不同的叶绿素
a 和藻蓝素所吸收光的激发能传递效率和激发能在两个光系统间的分配 。
2 4 8 植 物 生 理 学 报 9卷
参 考 文 献
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3期 孙谷畴 :不同波长光下生长的柱抱鱼腥藻和满江红鱼腥藻的荧光光谱特性 29 4
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