全 文 ：植物学通报 2004, 21 (4): 444~448
Chinese Bulletin of Botany
①国家自然基金重点项目(39890390)。
②通讯作者。Author for correspondence. E-mail: hongyanliu1214@163.com
收稿日期：2003-04-08 接受日期：2003-09-01 责任编辑：崔郁英
裙带菜 PSⅠ复合物的荧光特异性①
1刘洪艳 2王广策② 3侯和胜
1(天津科技大学海洋科学与工程学院 天津 300450) 2(中国科学院海洋研究所开放实验室 青岛 266071)
3(辽宁师范大学生命科学学院 大连 116029)
摘要 以褐藻裙带菜（Undaria pinnatifida）为实验材料，采用蔗糖密度梯度超速离心的方法，去污剂
SDS为增溶剂（SDS:Chl＝20:1，4℃增溶20 min），蔗糖密度梯度为60%、50%、40%、30%、20%、15%
和10%，分离制备光系统Ⅰ(PSⅠ)复合物。结果表明, 40% 蔗糖层带所含色素蛋白复合物是PSⅠ复合物。
利用红藻作参照对比，光谱结果表明从裙带菜中得到的PSⅠ复合物没有730 nm的荧光峰。分析认为这
是所有褐藻包括裙带菜PSⅠ复合物的荧光特异性。
关键词 裙带菜, PSⅠ复合物, 730 nm
Fluorescence Specificity of PSⅠComplex
from Undaria pinnatifida
1LIU Hong-Yan 2WANG Guang-Ce② 3HOU He-Sheng
1(Tianjin University of Science & Technology, Tianjin 300450)
2(Institute of Oceanology, the Chinese Academy of Sciences, Qingdao 266071)
3(Liaoning Normal University, Dalian 116029)
Abstract A technique for separating the pigment-protein complexes from brown algae Undaria
pinnatifida had some improvement in this work. Pigment-protein complexes were isolated by cen-
trifugation on discontinuous sucrose density gradient of the SDS-treated thylakoid membranes. The
best separation was obtained with detergent SDS (SDS:Chl=20:1, solubilized 20 min at 4℃), and
sucrose density gradients (10%,15%,20%,30%,40%,50%,60% W/W). The 40% sucrose layer repre-
sented photosystemⅠ (PSⅠ) complex. In contrast with red algae, the results suggested that PSⅠ
complex from Undaria pinnatifida had no symbol of 730 nm fluorescence peak.
Key words Undaria pinnatifida , PSⅠcomplex , 730 nm fluorescence peak
Barrett和Anderson (1977)首先分离到褐藻的P700- Chla-蛋白质复合物以来，不同研究者采
用蔗糖密度梯度超速离心或PAGE技术从各种褐藻中分离到含有P700 -PSⅠ复合物。有关褐藻
PSⅠ复合物的荧光峰为:圆锥顶孢藻 PSⅠ复合物的荧光峰在 680 nm和 728 nm (Barrett and
Anderson,1980) ；地中海囊链藻、锯齿形墨角藻（Fucus serratus）和马尾藻 PSⅠ复合物的
研 究 简 报
4452004 刘洪艳等：裙带菜 PSⅠ复合物的荧光特异性
荧光峰在690 nm和723 nm(Peyriere et al.，1984) ;锯齿形墨角藻PSⅠ复合物的荧光峰在693 nm
和715 nm; 糖海带(Laminaria saccharina)PSⅠ复合物的荧光峰在690 nm和724 nm( Berkaloff et
al.，1990) 。从已经报道的结果来看，褐藻荧光发射峰依材料种类和分离方法的不同有一定
差异，但都缺少高等植物 730 nm的荧光峰。
裙带菜(Undaria pinnatifida)属褐藻门，过去研究主要集中在增养殖方面，对其 PSⅠ复合
物没有开展研究。本文利用蔗糖密度梯度超速离心分离裙带菜 PSⅠ复合物的实验方法参照
Caron (1985)并有所改进。
1 材料与方法
1.1 材料
裙带菜(Undaria pinnatifida)采自青岛太平角汇泉湾低潮带。
1.2 类囊体膜的制备
参照 Strbac等(1994) 。
1.3 类囊体膜的增溶
膜增溶液为0.3 mol.L-1 Tris-HCl, pH 8.0, 含10%甘油和1% SDS。按SDS:叶绿素为20:1 (W/
W), 向裙带菜类囊体膜悬浮液中加入增溶液, 置4℃黑暗中, 不停地振动增溶20 min。
1.4 蔗糖密度梯度超速离心
将增溶后的类囊体膜铺制在蔗糖梯度的最上层, 蔗糖梯度为: 60%、50%、40%、30%、
20%、15%和 10%，离心力为 140 000× g，4℃，时间为 15 h。
1.5 荧光发射和激发光谱
类囊体膜悬浮液以及15 h蔗糖密度梯度超速离心后所分离得到各个层带, 测定荧光发射和激
发光谱，样品的叶绿素浓度调整至200 mg.mL-1，样品溶解在20 mmol.L-1 Hepes-NaOH pH 7.4
缓冲液，室温条件下进行光谱测定。采用日立 850型荧光分光光度计，窄缝宽度为 5 nm。
2 实验结果
2.1 色素蛋白复合体的分离
经过15 h蔗糖密度梯度超速离心得到了5条含色素的条带(图1)。根据表1和表2的光谱
图 1 色素蛋白复合物的分离结果
Fig. 1 The isolation result of pig-
ment-protein complexes
结果，可以确定每一蔗糖层带所含色素蛋白复合物的种
类。本文集中分析 PSⅠ复合物，其他色素蛋白复合物
的种类另文报道。
2.2 荧光光谱
从荧光发射光谱（图 2）可以看出：40%蔗糖层带
色素蛋白复合物的最大荧光发射峰（曲线 2）在 685 nm，
而没有 730 nm的荧光峰。同所代表的 30% 蔗糖层带色素
蛋白复合物的荧光发射光谱（曲线 1）相比时，40% 蔗
糖层带色素蛋白复合物荧光产率比较低。
从荧光激发光谱（图 3）可以看出：只有属于叶绿
素 a的激发峰（425 nm）同 30%层带所含的色素蛋白复
合物相比，缺少叶绿素 C（628 nm）和墨角藻黄素的激
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发峰(550 nm)，从光谱鉴定的角度可以确定得到纯化的 PSⅠ中心复合物。
2.3 与制备的紫菜 PSⅠ复合物荧光发射光谱的比较
红藻 PSⅠ荧光峰同高等植物相接近，因此以红藻条斑紫菜为对照，利用相同的蔗糖密度
梯度超速离心方法分离 PSⅠ复合物，测定荧光发射光谱 。结果发现，通过相同方法得到的
表 1 裙带菜类囊体膜和色素蛋白复合物的荧光发射峰
Table 1 Fluorescence emission peaks of thylakoid membrane and pigment-protein complexes
from Undaria pinnatifida
材料 Material 荧光发射峰 Fluorescence peak (nm)
类囊体膜 Thylakoid membrane 647* 690
10%蔗糖层 Sucrose layer 647* 682
15%蔗糖层 Sucrose layer 647* 682
20%蔗糖层 Sucrose layer 647* 683
30%蔗糖层 Sucrose layer 647* 690
40%蔗糖层 Sucrose layer - 685
*. 为肩峰。 *. Shoulder peak
表 2 裙带菜类囊体膜和色素蛋白复合物的荧光激发峰（F680 nm荧光发射）
Table 2 Fluorescence excitation peak of thylakoid membrane and pigment-protein complexes
from Undaria pinnatifida (Emission wave 680 nm)
材料 Material 荧光发射峰 Fluorescence peak (nm)
类囊体膜 Thylakoid membrane 430 490 520,550 640
10%蔗糖层 Sucrose layer 420 515 550 630
15%蔗糖层 Sucrose layer 420 515 550 630
20%蔗糖层 Sucrose layer 420 515 550 630
30%蔗糖层 Sucrose layer - - 550 628
40%蔗糖层 Sucrose layer 425 - - -
图 2 30%和 40%层带荧光发射光谱 （激发波长 450 nm）
1. 30%蔗糖层带; 2. 40%蔗糖层带
Fig. 2 Fluorescence emission spectra of pigment-protein complexes on 30% and 40% sucrose layers
1. 30% sucrose layer; 2. 40% sucrose layer (Excitation wave 450 nm)
4472004 刘洪艳等：裙带菜 PSⅠ复合物的荧光特异性
心色素-蛋白质复合物CCI和捕光色素-蛋白质复合物LHCI组成。许多研究结果都已证实高等
植物的LHCI由LHCIa 和LHCIb组成。LHCIb的荧光峰在730 nm，而LHCIa的荧光峰位于680~690
nm。与高等植物相比，对于褐藻 PSⅠ复合物的光谱特性，色素组成和多肽组成的研究相对
有限。Berkaloff等（1990）同时对锯齿墨角藻和糖海带的 PSⅠ复合物的多肽组成进行了研
究，发现其主要多肽成分是 66 kDa和 20 kDa, 其中前者为 PSⅠ反应中心；后者认为是 PSⅠ
的捕光色素复合物，其荧光发射峰在 686 nm处，与高等植物 PSⅠ捕光色素复合物的 21 kDa
多肽明显不同。
图 4 紫菜 PSⅠ复合物荧光发射光谱（激发波长 430 nm）
Fig. 4 Fluorescence emission spectra of PSⅠcomplexes of porphyra (Excitation wave 430 nm)
图 3 30%和 40%层带荧光激发光谱（发射
波长 685 nm）
1. 30%蔗糖层带; 2. 40%蔗糖层带
Fig. 3 Fluorescence excitation spectra of pig-
ment-protein complexes on 30% and 40% sucrose
layers (Emission wave 685 nm)
1. 30% sucrose layer; 2. 40% sucrose layer.
裙带菜和条斑紫菜的PSⅠ复合物荧光峰有很大
区别。条斑紫菜的PSⅠ荧光峰在735 nm左右，
而裙带菜很明显缺少位于730 nm处的荧光峰。
通过同条斑紫菜的比较可得出：利用蔗糖密
度梯度超速离心方法得到的裙带菜PSⅠ复合
物缺少位于 730 nm处的荧光峰是其自身的特
点，而不是由于方法的不当造成的假象。
3 讨论
藻类荧光特性与高等植物有明显的区别,
并具有门类的特异性。蓝藻、红藻和隐藻等
含藻胆蛋白的种类与高等植物在77 K的发射峰
位置接近，绿藻则偏低, 杂色藻类的情况比较
复杂,从 690～725 nm (Berkaloff et al.，1981；
Caron et al., 1985)。预示着藻类 PSⅠ在结构
及传能方式上不同于高等植物, 对于这种差异目
前还没有明确的解释。
高等植物PSⅠ色素蛋白复合物由反应中
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在实验中，从裙带菜的类囊体膜和 PSⅠ色素蛋白复合物的荧光发射光谱中，都没有观察
到 730 nm荧光峰。裙带菜PSⅠ复合物这种荧光特异性在褐藻中可能具有普遍性。表明褐藻PSⅠ
复合物在结构和能量传递方面与高等植物不同。
参 考 文 献
Barrett J, Anderson J M,1977. Thylakoid membrance fragments with different chlorophyll a, chlorophyll c and
fucoxanthin compositions isolated from the Brown seaweed Ecklonia radiate. Plant Sci Lett , 9:275～283
Barrett J, Anderson M, 1980.The P700-chlorophyl a, chlorotein complex and two major light-harvesting complexes
of Acrocarpia paniculata and other brown seaweeds. Biochem Biophys Acta, 590:309～323
Berkaloff C,Caron L,Rousseau B, 1990. Subunit organization of PSⅠ particle from brown algae and diatoms:polypetide
and pigment analysis. Photosynth Res, 23:181～193
Berkaloff C, Duval J, Jupin H, 1981. Spectroscopic studies of isolated pigment protein complexes of some brown algae
thylakoids. In: Trebst A, Avron M eds. Photosynthesis. Berlin: springer. 485～494
Caron L,Dubacq J P, Berkaloff C, Jupin H, 1985. Subchloroplast fraction from the brown alga Fucus serratus:
phosphatidylglycerol contents. Plant Cell Physiol, 26:131～135
Peyriere M, Caron L, Jupin J, 1984. Pigment complexes and energy transfer in brown algae. Photosynthetica , 18:
184～191
Strbac D, Marcoaurelio A R, Cesar P, David O H, 1994. Chloroplast isolation from laminaria digitata: a reproducible
methodology yielding photosynthetically active chloroplasts. Planta, 195:138～141