全 文 ：武汉植物学研究 ,
限
一 射线诱变钝顶螺旋藻的研究
龚小敏 胡鸿钧
中国科学院武汉植物研究所 武汉
提 要 用不同剂量的 一 了射线诱变钝顶螺旋藻 , , 、 出发株 一
·
筛选获得两 株抗高光抑制突变株 一 。。 和 一 。。 , 然后 比较 出发 株和 突变
株的一般形态和生理生化特性
。 出发株和突变株的一般形态有较大的差 异 , 与出发株相 比 , 两
个突变株藻丝体显著变短 , 螺旋数 目大大减小 。 出发株是对高光敏感的品系 , 而突变株表现 明
显的杭高光抑制 , 光强下出发 株和两个突变株的代时分别为
、
和 ‘
一 的光合作用和呼吸作用与出发株相似 , 而 一 明 显地表现 出高光
合
、
低呼吸作用 。 突变株和出发株都属于中温品系 , 最适温度为 具有较厂
’
的温度适应范
围 一 以及相同的耐盐性 , 但突变株的生长速率 比出发株快 、 代时短 。 此 外三者的蛋白
质含量 、 氨基酸组成差别不大 一 的可溶性多糖比出发株减少 洲 而在
一 中其含量提高 。
关链词 钝顶螺旋藻 , ℃。一 射线 , 突变株
国外螺旋藻工厂化生产始于 年 , 余年来 , 螺旋藻在不少国家和地 区 已经形成
相 当规模的产业 。 我国起步较晚 , 但发展较快 , 几个生产螺旋藻的工厂 已陆续建成投产 ” 。
实践表明 , 螺旋藻生产的产量明显地受地 区品系和环境因子的制约 〔,
·
,
, 因而各国工厂都
致力于筛选适应本地区生长繁殖 , 即高产优质的地 区品系 , 以提高单位面积产量 , 降低生
产成本 。
〔, 〕通过对螺旋藻大量培养的深入研究 , 提出了选择螺旋藻优 良品系的 项
指标 , 即抗高光抑制
、 忍受高氧浓度 、 具较广的温度适应范围 、具较低的暗呼吸作用或较高
的光合放氧与呼吸吸氧的比率 、 能耐高渗透压 。 到 目前为止 , 国外螺旋藻新品系的筛选大
多采用驯化 、 自然选择等方法 , 而用物理或化学方法 人工诱导筛选改 良品系的研究很少
。
等 〔 〕用 诱变钝顶螺旋藻 , 经筛选获得 株抗氨基酸类似物的突变株 , 其
中一部分能向培养液 中排放某种或某些氨基酸的浓度 比亲本排放的高得多 , 同时体 内相
应的氨基酸浓度也增加 。 因此这种类型的突变株用于大量培养中有选择地富集特殊氨基
收稿 日 飞 一 一 翁 修回 「
一 。 第一作者 女 , 岁
, 助理研究员 。
胡鸿钧 螺旋藻因 「勺外发展概况
。
第 期 龚小敏等 “ 射线诱变钝顶螺旋藻的研究
酸上 , 具有相当的应用潜力 。 关于用物理方法诱变筛选螺旋藻的研究还未见报道 。 本项研
究试 图用 “ 一了射线诱导获得具有某些可遗传变异特性的品系 , 探索选育高产优质螺旋
藻品系的新途径 。
材料和方法
藻种
编 号 为 一 的钝顶螺旋藻 由中国农业科学院土壤肥
料 研究所提供 , 是对高光敏感的品 系 。 采用 基本培养 基
、 、
一 , 经毛细管分离 、 平板纯化进行单种培养 。
射线诱变
取对数期生长的藻液 , 离心后用新鲜无菌的培养液离心洗净 , 悬浮 。 将悬浮藻液 一
分装在无菌小管中进行照射 。 所用‘ 剂量分别为 一 , 又 ,
,
,
,
, , 组 , 每个剂量作 个重复 。
突变品系的筛选
照射后的藻培养在加有蛋白陈 的 基本培养基中 , 在 、光暗周
期 的条件下培养一段时间 , 以便基因的分离 、表达 。 然后离心弃去补充培养基 , 加
入基本培养基 , 高光下静置培养 , 测定 组不同剂量照射后的生长情况 。 以出发
株作对照 。
用毛细管分离高光强下比出发株生长好的藻 , 将单丝体放入试管中静置培养 , 一个剂
量共挑 株 。 待长出后分别在 光强下进行复筛 。 将其中生长速率最高的在基本
培养基平板上 划线纯化 、 克隆 , 几天后挑选几个细胞的小段丝体于试管中培
养 , 共 株 。 经过一段时间培养后 , 最后进行 高光下生长测定 , 生长最快的即为
诱导筛选后经纯化 、克隆所得到的突变株 。
生长测定
用浊度 比色法 。 藻液培养在 三角锥瓶中 , 用 日光灯照明 , 光强度取在三角
瓶所在位置测得的平均值 。 每天定时取样 , 一 型分光光度计 波长处 比色 , 测定
个平行样品的 值 , 绘出生长曲线 , 计算生长速率和代时 〔‘’。 作出螺旋藻的干重一
值的标准曲线 , 根据测定的 值从标准曲线上查出相应的干重量 。
光合作用放氧和呼吸耗氧的测定
取对数期生长的藻液 , 用 型氧电极检测 恒温
、 光照下的放氧量 和黑
暗中吸收氧量 。 每项测定重复 次 。
可溶性多糖 、 蛋白质和氨基酸测定
可溶性 多糖含量用葱酮法测定 , 用瑞典 型定氮仪测定蛋 白质 , 氨
基酸组成和含量用 日立 一 型氨基酸分析仪测定 。
结果
不同剂量‘ ℃ 一 射线照射结果及抗高光抑制突变株的筛选
出发株 一 是高光敏感性 品 系
, 在实验室静置培养 , 光强 由上
、 下 、 侧三方
第 期 龚小敏等 “ 射线诱变钝顶螺旋藻的研究
酸上 , 具有相当的应用潜力 。 关于用物理方法诱变筛选螺旋藻的研究还未见报道 。 本项研
究试 图用 “ 一了射线诱导获得具有某些可遗传变异特性的品系 , 探索选育高产优质螺旋
藻品系的新途径 。
材料和方法
藻种
编 号 为 一 的钝顶螺旋藻 由中国农业科学院土壤肥
料 研究所提供 , 是对高光敏感的品 系 。 采用 基本培养 基
、 、
一 , 经毛细管分离 、 平板纯化进行单种培养 。
射线诱变
取对数期生长的藻液 , 离心后用新鲜无菌的培养液离心洗净 , 悬浮 。 将悬浮藻液 一
分装在无菌小管中进行照射 。 所用‘ 剂量分别为 一 , 又 ,
,
,
,
, , 组 , 每个剂量作 个重复 。
突变品系的筛选
照射后的藻培养在加有蛋白陈 的 基本培养基中 , 在 、光暗周
期 的条件下培养一段时间 , 以便基因的分离 、表达 。 然后离心弃去补充培养基 , 加
入基本培养基 , 高光下静置培养 , 测定 组不同剂量照射后的生长情况 。 以出发
株作对照 。
用毛细管分离高光强下比出发株生长好的藻 , 将单丝体放入试管中静置培养 , 一个剂
量共挑 株 。 待长出后分别在 光强下进行复筛 。 将其中生长速率最高的在基本
培养基平板上 划线纯化 、 克隆 , 几天后挑选几个细胞的小段丝体于试管中培
养 , 共 株 。 经过一段时间培养后 , 最后进行 高光下生长测定 , 生长最快的即为
诱导筛选后经纯化 、克隆所得到的突变株 。
生长测定
用浊度 比色法 。 藻液培养在 三角锥瓶中 , 用 日光灯照明 , 光强度取在三角
瓶所在位置测得的平均值 。 每天定时取样 , 一 型分光光度计 波长处 比色 , 测定
个平行样品的 值 , 绘出生长曲线 , 计算生长速率和代时 〔‘’。 作出螺旋藻的干重一
值的标准曲线 , 根据测定的 值从标准曲线上查出相应的干重量 。
光合作用放氧和呼吸耗氧的测定
取对数期生长的藻液 , 用 型氧电极检测 恒温
、 光照下的放氧量 和黑
暗中吸收氧量 。 每项测定重复 次 。
可溶性多糖 、 蛋白质和氨基酸测定
可溶性 多糖含量用葱酮法测定 , 用瑞典 型定氮仪测定蛋 白质 , 氨
基酸组成和含量用 日立 一 型氨基酸分析仪测定 。
结果
不同剂量‘ ℃ 一 射线照射结果及抗高光抑制突变株的筛选
出发株 一 是高光敏感性 品 系
, 在实验室静置培养 , 光强 由上
、 下 、 侧三方
第 期 龚小敏等 “ 射线诱变钝顶螺旋藻的研究
酸上 , 具有相当的应用潜力 。 关于用物理方法诱变筛选螺旋藻的研究还未见报道 。 本项研
究试 图用 “ 一了射线诱导获得具有某些可遗传变异特性的品系 , 探索选育高产优质螺旋
藻品系的新途径 。
材料和方法
藻种
编 号 为 一 的钝顶螺旋藻 由中国农业科学院土壤肥
料 研究所提供 , 是对高光敏感的品 系 。 采用 基本培养 基
、 、
一 , 经毛细管分离 、 平板纯化进行单种培养 。
射线诱变
取对数期生长的藻液 , 离心后用新鲜无菌的培养液离心洗净 , 悬浮 。 将悬浮藻液 一
分装在无菌小管中进行照射 。 所用‘ 剂量分别为 一 , 又 ,
,
,
,
, , 组 , 每个剂量作 个重复 。
突变品系的筛选
照射后的藻培养在加有蛋白陈 的 基本培养基中 , 在 、光暗周
期 的条件下培养一段时间 , 以便基因的分离 、表达 。 然后离心弃去补充培养基 , 加
入基本培养基 , 高光下静置培养 , 测定 组不同剂量照射后的生长情况 。 以出发
株作对照 。
用毛细管分离高光强下比出发株生长好的藻 , 将单丝体放入试管中静置培养 , 一个剂
量共挑 株 。 待长出后分别在 光强下进行复筛 。 将其中生长速率最高的在基本
培养基平板上 划线纯化 、 克隆 , 几天后挑选几个细胞的小段丝体于试管中培
养 , 共 株 。 经过一段时间培养后 , 最后进行 高光下生长测定 , 生长最快的即为
诱导筛选后经纯化 、克隆所得到的突变株 。
生长测定
用浊度 比色法 。 藻液培养在 三角锥瓶中 , 用 日光灯照明 , 光强度取在三角
瓶所在位置测得的平均值 。 每天定时取样 , 一 型分光光度计 波长处 比色 , 测定
个平行样品的 值 , 绘出生长曲线 , 计算生长速率和代时 〔‘’。 作出螺旋藻的干重一
值的标准曲线 , 根据测定的 值从标准曲线上查出相应的干重量 。
光合作用放氧和呼吸耗氧的测定
取对数期生长的藻液 , 用 型氧电极检测 恒温
、 光照下的放氧量 和黑
暗中吸收氧量 。 每项测定重复 次 。
可溶性多糖 、 蛋白质和氨基酸测定
可溶性 多糖含量用葱酮法测定 , 用瑞典 型定氮仪测定蛋 白质 , 氨
基酸组成和含量用 日立 一 型氨基酸分析仪测定 。
结果
不同剂量‘ ℃ 一 射线照射结果及抗高光抑制突变株的筛选
出发株 一 是高光敏感性 品 系
, 在实验室静置培养 , 光强 由上
、 下 、 侧三方
武 汉 植 物 学 研 究 第 卷
砚刀
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艰 变 、 、 。
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匕止才 发株
, 。一 , 一
三 突变株
,
,
, 一 一。
万二 突变株
, 一、 。、 , 一
图 不同品系在不同温度下的代时比较
, 昼夜光照和摇床培养
型 、 色素突变型 、 抗性突变型等 种基
本类型 , 普遍使用的诱变剂有 一 甲基
一硝 基 一 亚硝 基肌 、 亚 硝 基 甲基 睬
、
乙烷 甲烷磺化酷 、 射线和紫外线 主
要是 〔 〕。 蓝藻中螺旋藻的遗传
学研 究相对薄弱 , 近年来螺旋藻的工
厂化生产才加速 了螺旋 藻基 因识别 、
克隆和突变株筛选等研究 。
实验结果表明 , 高剂量的‘ ℃ 一 射
线对钝顶螺旋藻的诱变作用是很明显
的 。 出 发 株 一 经
·
和 两种剂量照射
后 , 高光敏感性 没有变化 , 只有
护 以上的剂量才是有效剂量并且
诱变的效果与照射剂量呈正相关 。 而
当用 的剂 量照 射时藻细
胞全部死 亡 , 所 以 本实验 采 用仅 比致
死剂量低的齐, 量 又 作为诱
变剂 量 〔”
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突 变 株 一 、
继代培养两年后能明显地抗高光抑
制 , 并且在 培养基中具稳定的变
异形态和生理生化特性 。
突变株的遗传变异特性
钝顶螺旋藻对高光敏感性的差异 , 取
决于 反应中心失活程度和蛋白质损
害程度 。 在高光下钝顶螺旋藻光合放氧显
著减 少 , 反 应 中心 “ 。激 发 荧光 减
少 , 经过 电子传递链 中 的第二 电子
受体 的电子流降低 , 离体的藻胆体在
高光 下 一 蛋 白多肤 降解丢 失 〔幻 。
突 变 株 一
、 一
对高光的敏感性 及受高光的损害比野 生
型小得多 , 这说明射线造成的基 因或染色
体突变可能使出发株 反应 中心的有
关蛋 白发生 了改 变 , 其 机理 有待深 入研
口
〔〕补妻季井补一一一一
、
, 盛 闷
时间
’
, 、
一 又 一 几 一
,
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,
图 不同盐度下出发株 一 的生长曲线
。。。 , 士 亡 , 昼夜光照 , 静置培养 征天手摇几次
一 ,
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飞 士
第 期 龚小敏等 “ 。
一 了射线诱变钝顶螺旋藻的研究
︺己净州。‘代︵三
华。‘瞬气︵︺
究 。 野外大量培养时 , 光强是全 日
照的 时就表现 出高光
抑 制 的 现 象 , 可 使 单 产 降 低
〔, · ’〕。 因此 , 筛选抗高光抑制的
螺旋藻品系是提高螺旋藻工厂化
生产产量的途径之一 。 与出发株
相 比 表 , 图 , , 在实验室培
养条件下 , 突变 株 , 尤 其 是
一 具一 定的抗 高 光 抑制
特性 , 且生长快 , 光合效率高 , 这一
生理特性值得进 一步研 究 。 如果
突变株 一 在野 外培
养条件下仍具有 明显抗高光抑制
特性 , 则 丫射线诱变为螺旋藻工厂
化生产 、 筛选抗高光抑制的品系提
供了新途径 。
螺旋藻 由于具有高蛋白 、 维生
素和丰富的生物活性物质 , 作为保
少
时问 下 ‘
确一 弓 ‘。
于 , 刊色 ‘一
图 不同盐度下突变株 卜 的生长曲线
。。 , 士 亡 , 昼夜光照 , 静置培养
,
每天手摇几次
、 飞 一
, 士
健食品和药品 已形成 种商品 ” 。 而藻体内生物化学物质组成 、 含量受培养条件和
品系本身特性影响
,
相同的培养条件 ‘则由品系特性所决定 。 突变株和出发株相 比 , 尽管
台少
·
二
台
‘
下 一
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图 不同盐度下突变株 一 的生长曲线
。。 , 士 , 昼夜光照 , 静置培养 , 每天手摇儿次
一 飞 一
士 ’
蛋 白质 、 氨基酸 含量变化不大 , 但
可溶性多搪含量变化显著 , 表明
射线照射诱导 了藻体 内代谢过 程
的变化 。 研究表明〔’。〕螺旋藻可溶性
多糖是 一种天 然抗辐射的有效物
质 , 能显著增强辐射 引起 损
伤的切除修复活性和程序外
合成 , 使 患 有 急性 放 射病 的
小 鼠存活率提高 此外它通过
增 强机体的免疫 力而抑制癌细胞
的增殖 〔’‘ , 。 经 射线诱变获得的突
变 株 一 可溶性 多搪
含量提高 表 , 这一特性对
增强螺旋藻抗癌 、 抗辐射的效果有
重 要 的意 义 。 突 变 株
可望作为高可溶性多糖的螺
旋藻品系而得到应用 。
武 汉 植 物 学 研 究 第 卷“
表 各品系的光合放氧及暗呼吸
’
出发株 突变株
一 一 一
即、 · 一 · 一
拌 · 一 · 一 。 月了哎公
,﹄,曰
‘
叼︼
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光合放氧 暗呼吸 士 ,
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△一 △一 △ 突变株 ,
一
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一
时间
图 光强下各品系的生长曲线
士 ℃ , 昼夜光照 , 静置培养 , 每天手摇几次
, 士 ℃
︵占︶。月三
七
图 光弦下各品系的代时比较
士 亡 , 昼夜光照 , 静置培养 ,
每天手摇几次
,
, 士 亡
托
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口。一祠招﹄公
军
今以〕。 户 户以 】
一
, 、
第 期 龚小敏等 “ 。
一 了射线诱变钝顶螺旋藻的研究
表 各品系生物化学物质成分的比较
组 成 成 分
出发株
丁
突变株
一 一 一
可溶性多搪
一
写
蛋白质 环
氨基酸 飞
天冬氨酸
苏氨酸 丁
丝氨酸
谷氨酸
甘氨酸
丙氨酸
胧氨酸
绷氨酸
蛋氨酸
异亮氨酸
亮氨酸
酩氨酸
苯丙氨酸
赖氨酸
组氨酸
梢氨酸
脯氨酸
色氨酸
。
。
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未分析
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。
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未分析
。
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未分析
, 氨基酸含量用 氮中含氨基酸的克数表示 。
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参 考 文 献
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刘祖洞 , 江绍慧 遗传学
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武 汉 植 物 学 研 究 第 卷
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庞启深 郭宝江 , 阮继红 螺旋藻多搪对核酸内切酶活性和 修复合成的增强作 用 遗传学报 , ,
刘力生 郭宝江 , 阮继红等 螺旋藻多搪对移植性癌细胞的抑制作用及其机理的研究 海洋科学 一
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