全 文 ：植物生理学通讯 第 35卷 第 3期 , 1夕关〕年 6 月
不同氮水平下异养小球藻生物量和叶绿素含量的变化 (简报 ) `
刘学铭 王菊芳 余若黔 梁世中’ (华南理工大学食品与生物工程学院 , 广州 51姗 )
S tu d y o n ht e C h an g es
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I J I J X此一 M哪 , WNA G uJ 一 F ang , YU R u -O 场an , u A NG hiS ~ z h o n g (冼 。 z州卯 of 户议对 石哈爬 e “ ng a nd B奴邵俪协幻 口 ,
肠诚 以公砚 〔加云尼乃即 of eT e入nD级邵尸 , 肠公昭妨。 u sl 《X训O )
提要 异养小球藻在氮源 充足时氮源消耗增
大 , 叶绿素合成也增加 ; 在氮源不足时 , 小球藻细胞
黄化 , 叶绿素明显减少 , 生 物量则有不 同程度的增
加 。
关键词 小球藻 氮源 叶绿体 叶绿素
叶绿体的主要 功能是进行光合作用 ,也
合成自身的 ND A 、 NR A 和蛋 白质 〔` 〕。 在绿色
单细胞生物 中的有些种在有机碳源丰富的情
况下 , 不进行 光合作用 , 而利 用有机碳 源生
长 , 即从光能 自养转变为化能异养 , 叶绿体退
化 ,细胞黄化 ,甚 至白化 z[, 3〕。 但通过控制培
养条件 , 可以使细胞既进行化能异养 ,其叶绿
素又不降解而保持绿色 。 对此 ,我们推测 ,叶
绿体除 了有光合作用的功能 以外 , 可能还有
其他生物学功能 。 本文结果表明 , 异养条件
下的小球藻中的叶绿体是细胞内的氮源储库
之一 , 即在氮 源丰富 的条件下它可将外界的
氮源合成叶绿素积累于叶绿体 中 , 但在其他
条件合适而仅缺氮源的情况下 , 叶绿素则降
解而放出氮以供细胞生长 , 从而起到调节氮
源的作用 。
12 1℃下灭 菌 20 而n 。 在超净工作 台上接种
和取样 , 接种量为 1 : n (每 10 血 培养基接
种 or 耐 藻液 ) ,放在 150 : ·而 n 一 `旋转摇床上
于 30 ℃下暗培养 。
藻生物量测 定采用 浊度 比色法和干 重
法 s1[ 。 在培养过程中取培养液用 7 21 型分光
光度计测定 义 o ln 处的光密度值 。 实验结
束时取 10 iln 培养液洗涤离心后 ,取 藻体沉
淀在 105 ℃下烘干至恒重测定干重 。
叶绿素测定采用丙酮提取 比色法 , 即取
1 血 藻液经洗涤离心 , 得到沉淀 , 加人 80 %
丙酮 ,于 4℃ 冰箱 中提取 24 h , 再离心 ,测 定
6 3 nl 和 64 5 nl 处的光密度值 。 按公式 : 总
叶绿素 = 8 . 0 2 x OD* + 20 . 2 x O I如 s , 计算叶
绿素含量囚 。
N仇 一 的测 定 采用 酚 二 磺 酸 分光 光 度
法 [6 ] 。
葡萄糖的测定 采用 3 , 5一二硝基 水杨 酸
法 〔7了。
结果与讨论
材料与方法
小球藻 ( hC 肠er la v u lg o isr )由香港大学陈
峰博士惠赠 , 以琼脂斜面保存 。 基础培养基
组成见 文献 4 , 并 添加 10 9 · L 一 `葡萄 糖 , p H
6
.
1
。 实验培养基组成则根据需要作相应调
整 。 以 25 0 inl 三角 瓶装 10 耐 培养基 , 于
1 异养条件下小球藻对氮 的吸收和叶绿素
含量变化
从表 1 和表 2 可以看 出 , 在 75 0 一 3 X( 洲)
grn
·
L 一 `硝酸钾质量浓度范围内 , 葡萄糖消耗
收稿 1卯8一 5一 1 修定 1望刀一 1一 25
1 广东省科研基金资助课题 。
2 联系人 。
DOI : 10. 13592 /j . cnki . ppj . 1999. 03. 007
植物生理学通讯 第 35卷 第 3期 , 199 年 6 月 1 99
和生物量的增长都基本上不受影响 。 但小球
藻的生长速率与耗糖速率并不一致 。 前 16 h
耗糖快而生物量增加相对缓慢 ,培养 犯 h 左
右葡萄糖基本消耗完 ,而生物量在 4 O h 左右
才达到最大值 。 表明小球藻细胞在接种后的
前几小时 (延缓期 )内主要进行营养吸收 ,而
分裂增殖较少 ;但到后期 ,培养基中糖消耗完
后 ,利用贮存的能量仍然进行细胞分裂 。 从
图 l 可以看出 ,在葡萄糖存在时 N几 一 稳步下
降 ,培养 犯 h 时 750 gm · L 一 `组基本耗完 ; 葡
萄糖耗完后培养基 中 N几 一含量急剧下降 , 64
h 内 , 2 姗 gm · L 一 ’硝酸钾 以下各组均基本耗完 , 高过此浓度的则有相应剩余 ,培养时间延
长 ,剩余的硝酸钾浓度变化不大 , 说明异养培
养的小球藻能消耗 的最大碳氮 比 (葡萄糖 与
硝酸钾之 比 )为 5 : 1 左右 。
表 1 不同硝酸钾质量浓度下异养培养小球藻的培养基中葡萄糖质量浓度变化
冰硝酸钾 )/ 可葡萄糖 ) / g’ L 一 ’
叱 ’ L 0 h 8 h 16 h 24 h 32 h 4O h
8
`
9 8
8
.
9 8
7
.
1 1 5
.
87 2
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7
.
5 8 5
.
95 2
.
9 3 0
.
39
8
.
98
8
.
98
8
.
98
8
.
98
8
.
98
8
.
98
7
.
7 4 5
.
97 3
.
07
1
.
02
0
.
9 5 0
.
38
7
.
7 5 3
.
0 0
.
85 0
.
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7
.
7 3 2
.
97 0
.
87 0
.
37
7 6 1 6 17
7
.
3 5 6
.
14
3
.
12
3
.
1 5
0 89
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0 3 9
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.
3 8
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.
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.
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3 5
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11,
一,`,ó
27 50 8
.
98 7
.
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.
22
1
.
0 3
0
.卯 0 . 36
3X( X) 8 98 7
.
8 9 6
.
15 3
.
32 0
.
9 5 0
.
36
表 2 不同硝酸钾质量浓度下异养培养过程中小球藻生物量(OD翎 )的变化
可硝酸钾 ) / 0 1)绷
叱 · L 一 l 0 h 8 h 16 h 24 h 3 2 h 40 卜 铭 h 5 6 h 麟 h
6
心`.1,孟
1
.
8 2
.
8 4
.
4 10 6 14
.
7 15
.
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2
.
9 4 4 10
.
7 16
.
4 16
.
2 16
.
2
2
.
8 4
.
3
4
.
2
10
.
5 16
.
5 16
.
8 17
.
0 17
.
7
1
.
8 2
.
8 10
.
8
2 7
2
.
9
6 3
6
.
4
10 8
16
.
8
17
.
0
16
.
2
16
.
4
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.
5
0
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4
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.…勺了乙目U6
16 8 17
.
3
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2
.
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.
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.
8
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.
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.
9 16
.
9
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16
.
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.
8 16
.
6
6
.
5
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.…ó44
1
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8 10
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.
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卜ù1,,`2,ù2
27 50 2 7 6
.
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.
5
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.
8
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16 8
16 2
16
.
5
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植物生理学通讯 第 35卷 第 3期 , 1望沟 年 6 月
卯708印534D2
.
、
1.三/喇般如古断
7 50 es 门卜~ 1 (XX )
乙助写d之窝
16 24 3 2 4{) 4 8 56 64
培养时问 /h
培养时间加
图 1 不同质量浓度 ( gm · L 一 ` )硝酸钾异养培养
小球藻过程中培养基内硝酸钾含量变化
图 2 不同质量浓度 ( gm · L 一 ’ )硝酸钾异养培养
小球藻单位体积叶绿素含量的变化
一ó口。.已r瑕晰古
从图 2 可 以看出 , 在 培养过程中 , 培养
基中叶绿素浓度在前 16 h 增长缓慢 , 16 h 后
增长速度加快 。 前 40 h 除 7 50 gm · L 一 ’ 组和
1 以刃 gm
·
L
一 `组外 , 不 同质量浓度下的硝酸
钾组的总叶绿素含量增长基本一致 。 但从图
3 可以看出单位生物量的叶绿素含量在前 16
h 逐渐下 降 , 然后 开始上升 。 75 0 gm · L 一 ’ 组
在第 24 h 后又 开始下 降 , l 以x ) gnr · L 一 `和
1 25 o gm
·
L 一 `两者在 犯 h 开始下 降 。 这可能
是 由于培养基 中氮源 已经耗完 , 但仍有少量
葡萄糖 , 细胞转而利用其叶绿素中的氮源进
行增殖之故 。 因此最终生物量减少不 明显 ,
细胞仅呈黄化现象 。 但在葡萄糖耗完后 , 在
一定范围内 , 叶绿素随硝酸钾含量的增加而
增加 ; 硝酸钾含量超过 2 仪刃 gm · L 一 ’ 时 , 叶
绿素则不再继续增加 。 最终叶绿素含量与消
耗的氮源量成正 比 ( ; 二 0 . 9 9 5 ) 。 这种满足小
球藻生长 以外 所消耗 的氮 源 , 有人称 之为
“ 奢侈性 消耗 ” ( l ixt u刁 e o n s um p ti o n ) , 即过 度
吸收 。 小球藻过度吸收的氮源可能主要用于
合成叶绿素而储 存在 叶绿体 中 。 实验结 束
时 , 随着藻体叶绿素含量的升高 , 干重有偏
低的趋势 , 表明小球藻在利用氮源合成叶绿
素时 , 消耗了藻体中的能量 。 这与前人的观
察 〔8 ]相同。
) 8 16 24 32 40 4 8 5赶
培养时间山
图 3 不同质量浓度 (mg · L一 ’ )硝酸钾异养培养
小球藻单位生物量叶绿素含量的变化
2 缺氮条件下小球藻中叶绿素的降解和生
物量的生长
调节基础培养基中硝酸钾的含量分别为
7 5 0 哩 · L 一 l 、 l 以叉〕哪 · L 一 l 、 1 2 5 0 叱 · L 一 l 、
1 50 雌 · L 一 1 、 1 7 5 0 毗 · L 一 1和 2姗 叱 · L 一 ` ,
接种小球藻藻液 or iln ,培养 64 h 制备含不同
叶绿素的藻种 。 将含不同叶绿素的藻种接种
于不含氮源的培养基 中 (接种前检测藻种培
养基中的氮源含量 , 确保不含残 留的氮源 ) ,
培养 4 8 h ,每 s h 检测生物量和叶绿素含量 。
结果 (表 3) 表明 , 小球藻在无氮培养基 中可
以缓慢生长 , 叶绿素含量不同的小球藻 ,彼此
的生长速度有很大差别 , 总的趋势是叶绿素
含量增加时 , 生长速度加快 。 最终生物量与
初始叶绿素含量呈正相关 ( r = 0 . 9 92) ;培养
植物生理学通讯 第 5 3卷 第 3期 , 1望珍 年 6 月
前后净增生物量 ( o D 54D 和干重 )与培养前后
叶绿素净减少量呈正相关 ( : = 0 . 9 9 2 ) 。 在停
止生长时各处理的单位藻体的叶绿素含量基
本一致 , 约为 0 . 48 mg · OD 一 1。 说明叶绿素不
全降解而用于细胞的增殖 。
从对作为叶绿体退化与再形成模式生物
表 3 不同质量浓度硝酸钾制备的小球藻在无氮异养培养基中培养前后生物量(OD翎 、干重)和叶绿素含量的变化
尸(硝酸钾 ) / m g · L 一 ’ O D抖 J增加数
干重增加量 /
g
·
L
一 l
可叶绿素 )减少量 / 单位生物量的叶绿素含量 / grn · O D 一 ’
m g L
一 l 培养前 培养后
0
.
24
0
.
4 5
0 6 9
O
,
94
1
.
10
1
.
48
2
.
7 7
3
,
4 3
4
.
14
2
.
7 0
3
.
17
O
,
48
0
.
46
6395幻824ù日0112750姗2绷
2X( X) 2
,
7 3 1
.
3 1 6
.以 4 . 79 0 . 47
的原胚囊小球藻 ( hC 勿er 而 p or ot 艺he c o 众le s )进行
研究中 ,早就观察到 , 以葡萄糖为营养 源时 ,
细胞增殖 ,而叶绿素下降 , 7 2 h 后变为 白色的
细胞 ,叶绿体内积累多糖类物质 ,片层结构破
坏 , 叶绿体仅保留被膜 ,其 内部结构消失 。 重
新加人氮源时也只能合成少量不完整的叶绿
体 ,只有在同时给予 光照时才能合成较多 的
叶绿体 0[] 。 本文 的结果表 明 ,发生黄化 的细
胞只要加人足够的无机氮源 , 无需光照 , 12 h
内即可合成大量的叶绿素 , 重现其本来 的绿
色 (加人 1 2 50 mg · L 一 ’ 硝酸钾时 , 叶绿素含量
由 0 . 4 8 叱 · o D 一 ’ 增 加到 2 . 4 毗 · o D 一 ` ) 。
弘山aI 一hsI ikaw 。 等 〔` 0] 都认为有机碳源是形成
叶绿体的抑制因子 。 本文结果表 明 , 用有 机
碳源培养的叶绿体中叶绿素减少 , 其原因可
能是供给有机碳源时氮源供给不足 , 细胞利
用储存在叶绿体中的氮源进行增殖 , 因而叶
绿体降解 。 如果氮源供给充足 ,这一现象就
不一定发生 。 这也说明在异养培养中细胞增
殖先于叶绿素合成 。 是否如此 , 尚待进一步
探讨 。
参考文献
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