全 文 ：食品工业科技　　ScienceandTechnologyofFoodIndustry　　 研究与探讨
　　　　2008年第 09期
温度和光照对极大螺旋藻
多糖含量和 SOD酶活力的影响
刘娟妮 ,王雪青＊ ,庞广昌
(天津商业大学生物技术与食品科学学院 ,天津 300134)
摘　要:研究了温度和光强对极大螺旋藻 438多糖和 SOD酶活力的影响 。结果显示:对极大螺旋藻生长不利的温度 、
光照条件 ,会促进螺旋藻胞外多糖的分泌和提高超氧化物歧化酶(SOD)的活性 ,即高温和弱光更利于胞外多糖的积
累 ,低温和强光显著提高 SOD酶活力 ,而胞内多糖积累的条件与螺旋藻的最适生长条件(30℃, 5000lux)一致 。此研究
结果为通过优化培养条件调控活性物质提供了理论依据。
关键词:螺旋藻 ,温度 ,光照 ,多糖 , SOD
Efectsoftemperatureandlightoncontentof
polysaccharidesandactivityofSODinSpirulinaMaxima
LIUJuan-ni, WANGXue-qing＊ , PANGGuang-chang
(InstituteofBiotechnologyandFoodScience, TianjinUniversityofCommerce, Tianjin300134 , China)
Abstract:TheeffectsoftemperatureandiluminationonpolysaccharidesandSODactivityinSpirulinaMaxima
werestudied.Theresultsshowedthat:iluminationandtemperaturethatunsuitableforthegrowthofSpirulina
MaximawouldraiseextracelularpolysaccharidecontentandSODactivity.Inparticular, hightemperatureand
feebleiluminationwerefavorabletotheexcretingofextracelularpolysaccharide.SODactivitywasincreased
notablyunderlowtemperatureandstronglight.Theoptimumtemperatureandlightforexcretingofintracelular
polysaccharideswereconsistentwithoptimumconditionforthegrowthofSpirulinaMaxima.Theresultsprovided
thetheoryandpracticalparametersofscale-upexploitationinthefunctionalfoodandpharmacy.
Keywords:SpirulinaMaxima;temperature;light;polysaccharides;SOD
中图分类号:TS201.2　　　　文献标识码:A　　　　文 章 编 号:1002-0306(2008)09-0132-03
参考文献:
[ 1] 王焕章 , 等 .陶瓷膜在谷氨酸发酵液除菌过程中的应用
[ J] .食品与发酵工业 , 2001(5):42～ 46.
[ 2] 于信令 , 等 .味精工业手册 [ M] .中国轻工业出版社 ,
1994, 10.
[ 3]无锡轻工业学院.食品分析 [ M] .中国轻工业出版社 ,
1994, 10.
[ 4] 张克旭 .氨基酸工艺学 [ M] .中国轻工业出版社 ,
1995, 5.
[ 5] 李平凡 ,等 .谷氨酸发酵液除菌过程的超滤膜污染探讨
[ J] .广州食品工业科技 , 2002, 18(3):28～ 30.
[ 6] RRautenbach著 ,王乐夫译 .膜工艺 [ M].化学工业出版
社 , 1998, 5.
　　螺旋藻因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 、抗衰老等多种生物学功
能而备受重视 [ 1 ] 。超氧化物歧化酶(SOD)和螺旋藻
多糖是藻类中重要的生理活性物质 ,前者是机体清
除自由基的重要抗氧化酶之一 ,具有防衰老 、抗氧化
收稿日期:2007-12-24　＊通讯联系人
作者简介:刘娟妮(1982-), 女, 硕士研究生 , 研究方向:海洋微藻的
培养。
基金项目:天津市科委重点基金资助项目(08GCZDGC16600);天津市
重大科技攻关项目(06YFGZNC04200)。
的功效;后者在调节人体免疫机能 、抗肿瘤方面有明
显的作用 。因此 ,培养富含这些功能组分的螺旋藻 ,
不仅能提高目标产物的产量 ,而且为螺旋藻的开发
提供了一条规模化深加工途径 。本研究在不同的温
度和光强条件下 ,通过动态检测螺旋藻胞内外多糖
以及 SOD酶活力的变化 ,确定其最佳培养条件 ,为在
食品工业 、医药行业等方面大规模应用 SOD和螺旋
藻多糖提供理论依据。
1　材料与方法
1.1　实验材料
极大螺旋藻 438(SpirulinaMaxima)　来自中科
132
DOI :10.13386/j.issn1002-0306.2008.09.079
研究与探讨 Vol.29 , No.09, 2008　　食品工业科技
2008年第 09期　　　　
院典型培养物保藏委员会淡水藻种库 。
1.2　实验方法
1.2.1　培养条件 　采用 AB培养基 ,光照 4000lux,光
暗周期 L∶D=14∶10,选用不同的温度和光照条件 ,在
光照培养箱中培养。其中温度设置为 15、20、25、30、
35、40℃六个温度梯度;光强设置为 2000、 3000、
4000、5000、6000、7000lux六个光强梯度 。
1.2.2　螺旋藻多糖的提取和测定　取 100mL藻液所
得藻泥 ,加入 20mL浓度为 5%(w/v)的三氯乙酸进
行超声破碎 , 4000r/min离心 20min,取上清 。加入 3
倍体积的无水乙醇 ,沉淀为胞内多糖。取除去藻泥
的 100mL藻液 ,加入 3倍体积的无水乙醇 ,沉淀为胞
外多糖 。采用苯酚-浓硫酸法测定多糖含量 [ 2] 。
1.2.3　酶液制备　取 100mL藻液所得藻泥 , 加入
0.02mol/LpH8.0的磷酸缓冲液 20mL,适量石英砂研
磨 10min, 置于冰箱中反复冻融 3 次。最后经
10000r/min冷冻离心 15min, 将所得上清液保存在
4℃冰箱中 ,待用 。
1.2.4　SOD酶活力的测定　SOD酶活力采用邻苯三
酚法测定。酶的活力单位定义为:每分钟抑制邻苯
三酚自氧化速率达 50%的酶量 ,计算公式如下:
活力单位(U/L)=(OD325 -OD′325)×100%
5×V酶 ×OD325 ×50%
其中:OD325 —邻苯三酚自氧化速率;OD′325—加样
品后邻苯三酚自氧化速率;V酶 —加入酶液的体积
(L)。
1.2.5　SOD酶比活力的计算 　SOD酶的比活力以
U/mg表示 [ 3, 4] 。酶的比活力 (U/g)=活力单位
(U/L)/蛋白质浓度 (g/L),其中蛋白质浓度的测定
采用考马斯亮蓝法 [ 5 ] 。
1.2.6　数据处理　实验所有数据均取三次平行实验
的平均值。
2　结果与分析
2.1　温度对极大螺旋藻多糖的影响
在不同温度下培养极大螺旋藻 438, 9d后收获 ,
测定其胞外多糖和胞内多糖的含量 ,结果见表 1。
表 1　不同温度对极大螺旋藻 438多糖含量的影响
多糖 温度(℃)
15 20 25 30 35 40
胞外(mg/L)
胞内(g/gFW)
4.46
6.9
9.04
6.9
5.6
10.1
5.92
16.1
5.88
13.3
7.21
6.7
　　由表 1可以看出 ,温度对螺旋藻多糖含量有明
显的影响。温度为 20℃时 ,螺旋藻胞外多糖含量最
高 ,为 9.04mg/L;温度超过 20℃后 ,胞外多糖含量迅
速降低;但在高温 40℃下 ,胞外多糖含量明显增长 ,
可见极端温度条件可能有利于胞外多糖的积累 。胞
内多糖含量在培养温度为 30℃时最高 ,约是 15℃时
的 2.3倍;高于或低于 30℃时 ,其含量均明显降低 ,说
明在较适合的培养温度下 ,可以积累相对多的胞内
多糖。
2.2　光强对极大螺旋藻多糖的影响
在不同光强下培养极大螺旋藻 438, 9d后收获 ,
测定其胞外多糖和胞内多糖的含量 ,结果见表 2。
表 2　不同光强对极大螺旋藻 438多糖含量的影响
多糖 光强(lux)
2000 3000 4000 5000 6000 7000
胞外(mg/L)
胞内(g/gFW)
10.4
4.2
7.45
4.8
2.43
5.2
2.89
8.3
3.69
5.8
4.27
5.8
　　由表 2可知 ,在最低光强 2000lux时 ,极大螺旋
藻 438胞外多糖含量最高;随着光强向较适宜强度
4000lux逐渐靠近 ,胞外多糖含量降低;光强从其生
长的最适强度向极端强度 7000lux靠近时 ,胞外多糖
含量增加 ,说明低光强和高光强条件有利于胞外多
糖的产生。胞内多糖含量在达到适宜光强 (4000～
5000lux)之前 ,随光强增加而增加;达到适宜光强后 ,
随光强增加 ,胞内多糖含量不变;培养光强为 5000lux
时 ,胞内多糖含量最高。
2.3　不同温度对 SOD酶活性和比活力的影响
由图 1可看出 ,在 15～ 35℃时 ,随着温度的升高 ,
螺旋藻 SOD酶活力呈现先降低后升高的趋势;在螺
旋藻的最适生长温度附近 , SOD酶活力最低。可见
在一定范围内 ,低温和高温培养有利于提高螺旋藻
SOD酶活力 。在 15℃时 ,极大螺旋藻酶的比活力最
高 ,说明低温强迫大于高温强迫的作用;在 35℃后 ,
高温胁迫进一步加强 ,对藻体的损伤是全方位的 ,这
时 SOD的活性开始下降 。
图 1　温度对极大螺旋藻 SOD酶比活力的影响
2.4　不同光强对 SOD酶活性和比活力的影响
由图 2可看出 ,光强对极大螺旋藻 SOD酶活力
的影响很大 ,在弱光照下 , SOD酶活力较低 ,光照强
度为 3000lux时最低;当光强大于 3000lux后 , SOD酶
活力随光强的增强而迅速增加。可见 ,极大螺旋藻
SOD适合在极度强光条件下生成。
图 2　光强对极大螺旋藻 SOD酶比活力的影响
3　讨论
3.1　温度和光强对极大螺旋藻 438胞外多糖的
影响
一般认为 ,胞外多糖是一种应激产物 ,它的产生
在很大程度上依赖于环境条件。当处于不利环境
时 ,如干燥 、抗生素 ,细胞为了保护自身和维持平衡 ,
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会加速分泌胞外多糖 [ 6] 。本实验中 ,低温(20℃)/高
温(40℃),低光强 (2000lux)/高光强 (7000lux)时 ,
胞外多糖含量均比最适生长条件下的含量高;当温
度为低温(15℃)以下及高温(40℃)以上时 ,藻体生
长受到极大的限制 ,趋于死亡 ,说明这时藻体细胞的
防御系统已达到极限。光强从最适强度向极端强度
7000lux靠近时 ,胞外多糖含量增加 ,这可能是因为
高光强下光合速率过于旺盛 ,导致氮源缺乏 ,氮素缺
乏引起光合色素减少 ,光合效率降低。微藻对氮素
饥饿的反应是自身含氮大分子的降解 ,从而导致细
胞氮素含量的显著降低和碳水化合物(诸如多糖)和
脂类的积累 ,这与尤珊 [ 6]研究的钝顶螺旋藻的胞外多
糖积累规律相同 。
3.2　温度和光强对螺旋藻 438胞内多糖的影响
螺旋藻通过光合作用合成多糖分子 ,光照为光
合作用提供能量 ,影响光合碳固定的速率 ,光合作用
过程中的暗反应是由酶所催化的化学反应 ,温度直
接影响到酶的活性。所以温度和光照是螺旋藻多糖
含量的主要环境因子。本实验螺旋藻胞内多糖含量
在 35℃以下时 , 随温度升高而增大;光强高于
4000lux时 , 胞内多糖的含量均明显大于低光强条
件 ,积累胞内多糖的最佳条件和其生长最适条件(温
度 30℃、光强 5000lux)相同 。张欣华等 [ 7 ]研究表明 ,
小球藻 、叉鞭金藻在培养温度为 15℃时多糖含量最
高 ,而新月菱形藻 、盐藻在 25℃时最高 ,说明不同藻
类的多糖合成对于温度的要求存在差异。 Oliveira
等 [ 8]研究表明 ,温度对螺旋藻碳水化合物的合成有显
著影响 ,其含量随温度的升高而增大 。 Eugenia等 [ 9]
报道的强光照条件下的多糖含量明显高于低光照条
件 。马美萍 [ 10 ]选育的高产多糖螺旋藻新品系 Sp-E
的产多糖的最适条件为温度 30℃、光照强度
4000lux。本文研究的螺旋藻胞内多糖的积累和上述
几个研究报道有着相同的规律 。
3.3　温度和光强对极大螺旋藻 438 SOD酶活性的
影响
在环境胁迫下 ,植物中由活性氧造成的氧化胁
迫是一种普遍现象 [ 11, 12] 。植物在正常情况下 ,体内活
性氧的产生与清除处于平衡状态 ,不会导致细胞伤
害 [ 13 ] ;但逆境胁迫会促进活性氧产生 ,严重时导致植
物伤害或死亡 [ 14] 。 SOD是植物体内自由基的清除
剂 ,在一定程度上可以保护植物细胞。在本实验中 ,
当温度低于 35℃时(胁迫程度较轻),细胞保护性酶
SOD活性随着高温胁迫程度的加重而上升 ,从而能
够依靠自身力量消除环境胁迫带来的不利影响;但
超过 35℃时 , SOD活性降低 ,藻液发黄 ,藻体生长受
限 ,藻体自身的防御保护机制崩溃 。 SOD酶比活力
在实验强光照范围内(2000～ 7000lux)仍有继续上升
的趋势 ,这可能是由于 SOD酶对抗强光的胁迫能力
更强 ,即使光强达到 7000lux,也不会对其造成伤害 。
说明 SOD的可能作用方式是:在较为轻微的胁迫发
生时 ,可以促使其活性增强 ,以消除自由基对膜系统
的破坏;如果高温和强光的共同胁迫超出了藻体自
身保护系统所能调节的范围 ,就会藻体超氧物自由
基大量积累 , SOD酶活性减弱 ,藻体细胞死亡 。以上
研究说明 ,藻类作为一种能进行光合作用的微生物 ,
它受光强和温度的影响具有和植物细胞相似之处 ,
研究微藻可以借鉴植物细胞的研究理论和方法。
综上所述 ,螺旋藻 438胞内 、外多糖和 SOD的最
适生产条件不同 ,且其含量随温度和光强的变化有
不同的规律。该结论可以指导我们在螺旋藻的培养
生产中 ,要综合考虑目的产品 ,从而确定螺旋藻培养
的最佳条件。
参考文献:
[ 1] 马贵武 ,邱春吟 .我国螺旋藻开发现状展望 [ J] .湛江海
洋大学学报 , 1997, 17(1):78～ 80.
[ 2] 潘秋文 , 高向东 , 盛海林 .螺旋藻多糖的提取工艺研究
[ J] .医药导报 , 2004, 23(9):667～ 668.
[ 3] 谢卫华 ,姚菊芳 ,袁勤生 .连苯三酚自氧化法测定超氧化
物歧化酶活性的改进 [ J] .医药工业 , 1988, 19(5):217～ 219.
[ 4] 郭蔼光 ,王振锐 .邻苯三酚自氧化-化学发光法测定SOD
活性 [ J] .植物生理学通讯 , 1989(3):54～ 57.
[ 5] BrafordM M.A rapidandsensitivemethodforthe
quantitationofmicrogram quantitiesofprotein utilizingthe
principleofprtein-dyebinding[ J] .Anal.Biochemistry, 1976, 72:
248～ 254.
[ 6] 尤珊 .螺旋藻胞外多糖积累规律的研究 [ J] .海湖盐与
化工 , 2004, 33(1):24～ 28.
[ 7] 张欣华 ,杨海波 .不同培养条件对海洋微藻多糖含量的
影响 [ J] .生物学杂志 , 2000, 17(6):17～ 18.
[ 8] OliveiraMACL, MonteiroMPC.Growthandchemical
compositionofSpirutinamaximaandspirulinaplatensisbiomassat
diferenttemperatures[ J] .AquacultInternational, 1999, 7:
261～ 275.
[ 9] EugeniaJ, Olguín, SoniaGalicia, etal.Theefectoflowlight
fluxandnitrogendeficiencyonthechemicalcompositionof
Spirulinasp.(Arthrospira)grownondigestedpigwaste.[ J] .
BioresourceTechnology, 2001, 77:19～ 24.
[ 10] 马美萍 .螺旋藻高产多糖种质与生产条件优化研究及
分子机理初探 [ D] .浙江大学 , 2003.
[ 11] BowlerC, VanMontaguM, InzeD.Superoxidedismutase
andstresstolerance[ J] .AnnualReviewofPlantPhysiologyand
PlantMoleculeBiology, 1992, 43:83～ 116.
[ 12] MishraNP, MishraRK, SinghalGS.Changesinthe
activitiesofantioxidantenzymesduringexposureofintactwheat
leavestostrongvisiblelightatdifferenttemperatureofintactin
thepresenceofproteinsynthesisinhibitors[ J] .PlantPhysiol,
1993, 102:903～ 910.
[ 13] MccordJM, FridovichI.Superoxidedismutase:An
enzymicfunctionforerythrocuprein(Hemocuprein)[ J] .Bilo
Chem, 1969, 224:6049～ 6055.
[ 14] MeaJF.Freeradicalmechanism oflipiddamage, a
consequenceforcellularmembranes[ A] .In:PryorW A.ed.
FreeRadicalinBiology[ M] .New York:AcademicPress,
1986.185～ 210.
134