全 文 ：　　应用 16S rRNA作为分子指标 , 可以实现快速 、 微量 、 准确地对微生物进行分类鉴
定 , 同时还可以对环境中不可培养的微生物进行鉴定和分类 , 实现环境微生物多样性的
无偏研究 , 目前随着分子分类的理论和方法的日趋成熟以及数据库的日趋完善 , 它已经
逐步成为微生物资源调查和环境生态研究的一种强有力的工具 。本文利用该方法对深海
微生物进行了分子分类鉴定 , 将为深海微生物资源调查和开发研究提供有益的信息 。
参考 文 献
[ 1] Delong E F , WickhamG S , Pace N R, et al.Science , 1989 , 243 (4896):1360～ 1363.
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＊国家自然科学基金资助项目(No.39960062)
Project Granted by Chinese National Natural Science Found(No.39960062).
内蒙古自然科学基金资助项目(No.990303-4)
收稿日期:2001-09-14 , 修回日期:2001-11-18
螺旋藻过氧化氢酶的比较研究＊
栗淑媛1 　　刘　燕1 　　乔　辰2　　扈瑞平1
(内蒙古师范大学生物系　呼和浩特　010022)1　　(内蒙古农业大学农学院 　呼和浩特　010018)2
摘要:采用碘量法对毛乌素沙地碱湖的钝顶螺旋藻 S1与国外引进的钝顶螺旋藻 S2和极大螺
旋藻 S3的过氧化氢酶 (CAT)进行了比较研究。结果表明:S1、 S2和 S3 CAT活性在 25℃、
pH 7.0时分别为 410.7 U/g·FW、 550.4 U/g·FW和 370.3 U/ g·FW;Km 值分别为 5.0×10-2
mol/ L、 5.4×10-2 mol/ L 和3.8×10-2mol/ L;最适温度分别为25℃、 25℃和40℃;最适 pH
值分别为 7.2、 7.6和 7.8。内蒙古特有的S1 CAT对温度和 pH 适应范围宽 , 且在低温 、 高温
和强碱下的活性比引进种的高。
关键词:螺旋藻 , 过氧化氢酶 CAT , 温度 , pH值
中图分类号:Q5546 　　文献标识码:A 　　文章编号:0253-2654 (2002)06-0016-04
A COMPARATIVE STUTY OF CATALASE FROM SPIRULINA (ARTHROSPITA)
LI Shu-Yuan1　　LIU Yan1　　QIAO Chen2 　　HU Rui-Ping1
(Department of Biology , Inner Mongolia Normal University , Huhehaote　010022)1
(Department of Agronomy , Inner Mongolia Agricultural University , Huhehaote　010018)2
Abstract:A comparative study of the catalase(CAT)from the domestic Spirulina platensis(S1)from alkaline lake in
Mu Us Sandy Land and the imported S.platensis(S2)and S.maxima(S3)as well made by means of iodometry.The
results showed that activities(25℃, pH 7.0)of S1 , S2 and S3 is410.7U/ g·FW , 550.4U/g·FW and 370.3 U/ g·FW
respectively;Km values 5.0×10-2mol/ L , 5.4×10-2mol/ L and 3.8×10-2 mol/ L;Optimum temperatures 25℃,
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DOI :10.13344/j.microbiol.china.2002.06.005
25℃ and 40℃;Optimum pH 7.2, 7.6 and 7.8.Adaptive range of S1CAT which is endemic in InnerMongolia for tem-
perature and pH are wide , and activity under low and high temperature as well as strong alkali conditions is higher than
that of imported species.
Key words:Spirulina (Arthrospira), Catalase(CAT), Temperature , pH values
过氧化氢酶 (catalase , 简写 CAT)(EC 1.11.1.6.)是一种广泛存在动 、植物组织中
的氧化还原酶类 。它把细胞代谢产生的对机体有害的 H2O2 分解成 H2O 和 O2 , 避免了
H2O2在体内积累 , 具有解毒作用[ 1] 。
螺旋藻含有极为丰富的营养成分和生理活性物质 , 具有提高机体免疫力和抗衰老的
作用[ 2] 。作为功能性食品和保健品的螺旋藻日益受到人们的重视 , 但螺旋藻的基础研究
相对滞后[ 3] 。有关螺旋藻 CAT 的研究报道较少[ 4] , 本文以内蒙古毛乌素沙地碱湖特有
的钝顶螺旋藻与国外引进的钝顶螺旋藻和极大螺旋藻为材料 , 对其 CAT 进行了初步的
比较研究 。
1　材料与方法
表 1　实验材料
样品代号 物　　种 产　　地 来　　源
S1 钝顶螺旋藻 内蒙古巴彦淖尔碱湖 自　采
Spirulina (Arthrospira) platensis
S2 钝顶螺旋藻 非洲乍得湖 南京大学生物科学
S.(A.)platensis 与技术系
S3 极大螺旋藻 墨西哥 Sosa Texcoco湖 中国农业科学院
S.(A.)maxima
　　　注:下文对应样品代号以此表为准
1.1　实验材料
见表 1。
1.2　方法
1.2.1　藻的培养:采
用 Zarrouk 培养液在室
温自然光照下通气培
养。
1.2.2　酶液制备:准
确称取处于对数生长期新鲜的藻 1g , 置于预冷研钵中 , 加入少许 pH 7的磷酸缓冲液及
石英砂 , 在冰浴中充分研磨 , 破碎细胞 。4℃下离心 20min (RCF=8 , 500g), 取上清液
定容备用 。
1.2.3　CAT 活性测定:采用碘量法[ 5] 。每个样品至少重复 3次 。每 min催化 1μmol H2O2
分解的酶量定义为一个酶活力单位 (U)。
1.2.4　米氏常数 (Km)和最大反应速度 (Vmax)测定:在 25℃、 pH 7条件下 , 采用
Lineweaver-Burk作图法确定 , 每个样品重复 3次 。
1.2.5　温度对 CAT 活性影响测定:在 0℃～ 96℃(沸腾)条件下分别测定酶活性 , 每
个样品重复3次 。绘制酶活性温度曲线。
1.2.6　pH值对CAT 活性影响测定:在 pH 2.2 ～ 14.0缓冲液范围内分别测定酶活性 , 每
个样品重复3次 。绘制酶活性 pH 值曲线。
2　结果与分析
2.1　螺旋藻 CAT活性 、 Km和 Vmax
在25℃、 pH 7.0时 , 螺旋藻 CAT 活性 、 Km 和 Vmax 见表 2。从表 2看出 , 引进的
钝顶螺旋藻 (S2)CAT 活性最高 , 内蒙古特有的钝顶螺旋藻 (S1)活性居中 , 极大螺旋
藻 (S3)活性最低 , 且钝顶螺旋藻(S1 、S2)CAT 活性大于极大螺旋藻 。螺旋藻 CAT 的Km
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表 2　螺旋藻 CAT活性 、 Km和 Vmax (25℃、 pH 7.0)
材料 CAT 活性(U/g·FW)
Km
(mol/ L)
Vmax
(1μmol/min)
S1 410.7 5.0×10-2 33.3
S2 550.4 5.4×10-2 30.3
S3 370.3 3.8×10-2 23.3
均在同一数量级 (×10-2)上 , 这与
P.Nicholls等报道的 CAT 的Km 值为
1.1 mol/L (牛肝 , 30℃, pH7)[ 6]相差
2个数量级;而与沈仁权书中给出的
Km值为 2.5 ×10-2 mol/L (肝)[ 7] 相
近 。两个不同产地钝顶螺旋藻的 Km
图 1　螺旋藻 CAT温度曲线
　—○——　S1 , 　—★—　S2 , 　　△———　S3
值和 Vmax 值相近 , 而极大螺旋藻的 Km
值和 Vmax值均较钝顶螺旋藻的低 。
2.2　温度对螺旋藻 CAT活性的影响
温度对螺旋藻 CAT 活性的影响见图
1。从图 1 可见 , 钝顶螺旋藻 (S1 、 S2)
CAT的最适温度均为 25℃, 而极大螺旋
藻 (S3)为 40℃。温度 >60℃时 , 螺旋
藻CAT活性均已很低 。从对温度适应范
围来看 , S1最宽 , S3次之 , S2 最窄 。
在低温和高温下 , 3 个样品的 CAT
活性的比较见表 3。从表 3可以看出 , 在 0℃、 10℃、 50℃和 60℃下 , 内蒙古特有螺旋
藻S1 的 CAT 活性远高于引进种。虽然 S1 CAT的活性在最适温度下相比最低 , 但对低温
和高温的耐受能力却比引进种都强 。
表 3　在低温和高温下螺旋藻 CAT活性的比较
温　度
(℃)
S1
活性
(U/ g·FW)
最大
活性 (%)
S2
活性
(U/ g·FW)
为最大
活性 (%)
S3
活性
(U/ g·FW)
最大
活性 (%)
S1/S2 S1/S3
0 142.3 34.6 32.3 5.9 96.4 22.4 4.4 1.5
10 250.4 61.0 90.6 16.5 146.7 34.1 2.8 1.7
50 283.4 69.2 111.5 20.3 238.7 55.4 2.5 1.2
60 110.7 27.0 64.2 11.7 53.9 12.5 1.7 2.1
　　注:S1/S2和 S1/ S3 是指酶活性的比
图 2　螺旋藻 CAT-pH 曲线
　—○——　S1 , 　—★—　S2 , 　　△———　S3
2.3　pH值对 CAT活性的影响
螺旋藻CAT活性随 pH值的变化见图 2。从图 2看出 , 螺旋藻 CAT 的最适 pH值在
7.2 ～ 7.8之间 , S1 为 7.2 , 活性 354.9 U/g·
FW;S2 为 7.6 , 活性 556.2 U/g·FW;S3 为
7.8 , 活性 322.3U/g·FW。在 pH 2.2时 , 酶
基本失活 。当 pH 9.0 ～ 10.0时 , 螺旋藻CAT
均保持较高的活性 。然而pH>10.0 , S2和 S3
酶活性均已降得很低 , S1 仍有较高的酶活
性 , 且 pH 10.0 、 12.0时其活性为最大活性
的3/4;pH 14.0 时为最大活性的近一半 ,
见表 4。说明内蒙古特有藻 S1 的 CAT 比 S2 、
S3有更强的耐碱性 。
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表 4　在强碱条件下螺旋藻 CAT活性的比较
pH
S1
活性
(U/ g·FW)
最大
活性 (%)
S2
活性
(U/ g·FW)
最大
活性 (%)
S3
活性
(U/ g·FW)
最大
活性 (%)
S1/S2 S1/S3
10.0 269.9 76.0 184.2 33.1 129.4 40.2 1.5 2.1
12.0 266.2 75.0 64.9 11.7 29.5 9.2 4.1 9.0
14.0 158.0 44.5 58.7 10.6 30.0 9.3 2.7 5.3
　　注:S1/S2和 S1/ S3 是指酶活性的比
3　讨论
从CAT对温度的适应范围来看 , 内蒙古的钝顶螺旋藻最宽 , 极大螺旋藻次之 , 乍
得湖钝顶螺旋藻最窄 。在低温和高温下 , 内蒙古的钝顶螺旋藻 CAT 活性远高于引进种 ,
特别是比乍得湖的高得多 。这说明内蒙古的钝顶螺旋藻 CAT 不仅对温度的适应范围广 ,
而且对低温和高温的耐受能力强。温度是植物生长的必需条件 , 也是植物自然地理分布
的主要限制因素 。来自非洲乍得湖的钝顶螺旋藻和墨西哥的 Sosa Texcoco湖的极大螺旋
藻 , 它们原产地均在北纬十几度 , 属于热带地区 , 这两个藻种就明显打上低纬度的烙
印。而内蒙古的钝顶螺旋藻产于鄂尔多斯高原毛乌素沙地巴彦淖尔湖 (39°01N , 109°
17E)及其邻近碱湖 , 该地区是典型温带大陆性干旱半干旱气候区。冬季寒冷漫长 , 夏
季温热暂短 , 气温日 、 季节变化大 。极端最低温度为-29.8℃ ～ -35.7℃, 极端最高
温度 35.0℃～ 40.2℃, 年平均气温 6.4℃[ 8] 。该藻多少年来就在这里自生自灭 , 繁衍生
息 , 在长期与周围环境相互作用的过程中 , 也就适应了当地的温度及其变化 , 通过遗传
变异和自然选择获得了一种既抗寒又抗热的能力[ 9] , 其中特别是抗寒性。
内蒙古的钝顶螺旋藻对 pH值适应范围较另两个样品宽 , 特别是在 pH≥10 的强碱
条件下 , 其活性比另两个样品高得多 。毛乌素沙地碱湖位于世界盐湖带上 , 湖泊面积
小。该地区年降水量为 250mm ～ 360mm , 年蒸发量为 2470mm ～ 2691mm , 蒸发量是降水量
的7 ～ 11倍[ 8] 。碱湖多数年份有湖表卤水 , 但当气候连续干旱时 , 也会出现干涸 , 湖水
的pH值波动比较大。在这样碱湖中生存的螺旋藻经过自然选择表现出对 pH 变化范围
大和高 pH环境的适应性。
致谢　钝顶螺旋藻和极大螺旋藻由曾昭琪教授和陈婉华研究员惠赠 , 特此致谢 。
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