作 者 ：栗淑媛;王俊琴;马华山;乔辰
期 刊 ：微生物学通报 2005年 04期 页码：47-50
摘 要 ：低温胁迫试验结果表明,处理的温度越低、天数越长,鄂尔多斯高原碱湖的钝顶螺旋藻S1、引进的钝顶螺旋藻S2和极大螺旋藻S3细胞内脱氢酶活性越低。在每一种处理下,脱氢酶活性高低的排列顺序均为S1>S2>S3。脱氢酶活性的Q10值变化范围排列为S1 全 文 ：低温胁迫对螺旋藻脱氢酶活性的影响*
栗淑媛1 王俊琴1 马华山 1 乔 辰 2
(内蒙古师范大学生命科学与技术学院 呼和浩特 010022)1
(内蒙古农业大学农学院 呼和浩特 010019)2
摘要:低温胁迫试验结果表明 , 处理的温度越低 、 天数越长 , 鄂尔多斯高原碱湖的钝顶螺
旋藻 S1 、 引进的钝顶螺旋藻 S2和极大螺旋藻 S3细胞内脱氢酶活性越低。在每一种处理下 ,
脱氢酶活性高低的排列顺序均为 S1 >S2 >S3。脱氢酶活性的 Q10值变化范围排列为 S1
关键词:螺旋藻 , 低温胁迫 , 脱氢酶 , 温度系数 (Q 10)
中图分类号:Q945.7 文献标识码:A 文章编号:0253-2654 (2005) 04-0047-04
*国家自然科学基金项目 (No. 30460104)
内蒙古自然科学基金项目 (No. 200308020310)
收稿日期:2004-10-08, 修回日期:2005-02-28
The Effect of Low Temperature Stress on Activity of Dehydrogenase
in Spirulina (Arthrospira)*
LI Shu-Yuan1 WANG Jun-Qin1 MA Hua-Shan1 QIAO Chen2
(College of Life Science and Technology , InnerMongo lia Norma lUn iversity , Huhehaote 010022)1
(Departm en t of Agronomy, InnerMongo lia Agricu ltura lUn iversity , Huhehaote 010019)2
Ab stract:The resu lts of co ld stress experim en t showed that lower temperatu re and longer days, lower activities of
dehydrogenase in Spiru lina (Arthrospira) p la tensis(S1) from alka line lake in E rdos Plateau and the importedS.
(A.) pla ten sis(S2 ) aswell asS. (A.)maxima (S3) . Under the same condi tion, the order o f activ ities of de-
hyd rogenase is S1 >S2 >S3. The order of change range of the Q1 0 value of activity of dehydogenase is S1
showed that S1 has better adaptab ility for low temperature and is cold res is tance p lan t;S2 and S3 are co ld sensit ive
ones.
K ey words:Spiru lina (Arthrospira), Low temperature stress, Dehydrogenase, Temperatu re coefficien t(Q 10)
目前 , 国内外螺旋藻的研究对象和产业化藻种主要是来自非洲 Chad湖的钝顶螺旋
藻和墨西哥 Sosa Texcoco湖的极大螺旋藻 。它们的原产地在北纬十几度 , 属于热带 、 亚
热带地区 , 均属于喜高温 (28℃ ～ 35℃)的物种 [ 1] 。温度是植物生长的必要条件 , 也
是其自然地理分布的主要限制因素 。为了扩大我国螺旋藻养殖的地理范围 , 使其生产
地由南向北适当发展 , 急需得到耐低温藻种。 1996年我们在鄂尔多斯高原巴彦淖尔湖
及其邻近的碱湖 (39°01′N ～ 39°23′N;109°04′E ～ 109°32′E)发现了能形成大面
积水华的钝顶螺旋藻 [ 2] 。经研究 , 该藻生长的温度范围约为 6℃ ～ 40℃, 最适温度约
为 24℃;在-18℃中冰冻 24 h后仍然可以复生 , 属于低温 、 广温型的物种 [ 3] 。与呼吸代
谢有关的脱氢酶活性是植物抗寒性研究的一个重要生理指标 。为此 , 对低温胁迫下鄂
尔多斯高原碱湖的钝顶螺旋藻脱氢酶活性进行了测定 , 并与引进种进行了比较 。探索
47 2005年 32 (4) 微 生 物 学 通 报DOI牶牨牥牣牨牫牫牬牬牤j牣microbiol牣china牣牪牥牥牭牣牥牬牣牥牨牥
其在代谢功能方面的抗寒机理 , 为该藻的基础研究积累资料 , 为低温藻种的应用提供
理论依据。
1 材料与方法
1.1 实验材料
实验材料见表 1。
表 1 实验材料
样品 物种 产地 (来源)
S1 钝顶螺旋藻 鄂尔多斯高原巴彦淖尔碱湖
Sp iru lina (Arthrosp ira) pla ten sis (内蒙古农业大学)
S2 钝顶螺旋藻 非洲 Chad湖
S. (A.) p la tensis (南京大学生物科学与技术系)
S3 极大螺旋藻 墨西哥 Sosa Texcoco湖
S. (A.)m axima (中国农业科学院)
注:下文对应样品以此表为准
1.2 方法
1.2.1 藻的培养:用 Zarrouk培养液[ 4]在室温自然光照下间歇通空气培养 。
1.2.2 脱氢酶活性的测定:采用氯化三苯基四氮唑 (TTC)法[ 5]测定脱氢酶活性 , 略
有改动 。准确称取鲜藻 0.5 g, 置于 25mL的 Za rrouk培养液中 , 在光照时间 10 h / d、
光照度 1,000 Lx下 , 分别于 25℃、 15℃、 5℃、 0℃、 - 5℃、 - 10℃处理 1 d、 3 d、 5
d、 7 d。取不同处理的样品液 , 经 360目筛绢过滤得藻丝体 , 以 1g鲜藻 1 h还原 TTC
毫克数表示脱氢酶活性 (mg /gFW h)。每个处理重复 3次 。
2 结果与讨论
2.1 脱氢酶活性
处理的温度越低 , 螺旋藻细胞脱氢酶活性越低;处理时间越长 , 脱氢酶活性也越
低 。脱氢酶活性的高低受处理低温和天数组合的叠加影响 。即处理温度越低 , 时间越
长 , 脱氢酶活性越低 。在 - 10℃下处理 5 d和 7 d以及 - 5℃下处理 7 d , 螺旋藻脱氢酶
活性均丧失 (图 1)。
图 1 在不同温度 、 天数处理下螺旋藻脱氢酶活性的比较
S1 , ■S2 , S3
在任何一种处理下 , 螺旋藻脱氢酶活性高低排列顺序为 S1 >S2 >S3。在 - 5℃时处
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理 5 d和 0℃时处理 7d, S2和 S3脱氢酶均无活性 , 仅 S1具有活性 , 分别为 6.56mg /gFW
h和 2.5 mg /gFW h, 且为最大活性的 12.6%和 4.8%。说明鄂尔多斯高原碱湖的
钝顶螺旋藻 S1对低温逆境的抗性比引进非洲 Chad湖的钝顶螺旋藻 S2和墨西哥 Sosa Tex-
coco湖的极大螺旋藻 S3均强 , 且 S2的又比 S3的强。
采用方差分析和 Duncan法的种 、温度间多重比较 , 在低温胁迫下 S1 、 S2和 S3之间
脱氢酶活性均达到极显著差异 (P <0.01);不同的温度梯度间脱氢酶活性除了 0℃与
5℃间差异不显著外 , 其它温度间均达到极显著差异 (P <0.01)。
脱氢酶活性随处理温度降低而下降 , 说明螺旋藻的呼吸代谢随温度降低而减弱 。
这样一方面可以减少有机物消耗;另一方面呼吸减弱造成整体代谢强度减弱 , 抗逆性
增强。
2.2 脱氢酶活性的温度系数 (Q10)
在处理温度较高 、天数较短时 , 螺旋藻脱氢酶活性的 Q 10值为 1.26 ～ 1.86, 均小
于 2;在处理温度较低 、 天数较长时 , Q10值为 2.02 ～ 4.52, 均大于 2。螺旋藻脱氢酶
活性的 Q 10值变化范围 , S1为 1.26 ～ 2.34, S2为 1.40 ～ 3.89, S3为 1.29 ～ 4.52, Q 10
值变化范围排列为 S1
前人已证明 , 当温度下降时 , 抗寒植物的 Q 10值变化不大 , 而冷敏感植物的 Q 10值
明显增大[ 6] 。据此认为 S1的 Q10值变化不大 , 是抗寒植物;S2和 S3的 Q10值明显增大 ,
为冷敏感植物 , 且 S3较 S2更不耐冷 。
图 2 低温处理下螺旋藻脱氢酶活性 Arrhenius图
—●—— S1 , —○— S2 , —▲—— S3
2.3 脱氢酶活性的 Arrhenius图
从图 2可以看出 , 在处理
1 d、 3 d和 5 d时 , S1脱氢酶活
性的 A rrhenius图均为直线;7
d时为折线 , 折点对应的温度
为 5℃。在处理 1 d和 3 d时 ,
S2和 S3的均为折线 , - 5℃时为
折点 , 3 d的折线程度比 1 d的
更明显 , 且 S3比 S2折线程度明
显;5 d时 , S2的 A rrhenius图
不规则 , S3的为直线;在 7 d
时 , 2个样品的图形均为折线 ,
折点对应的温度为 15℃。
大部分酶促反应在某个温
度范围内都符合 A rrhenius公
式 , 其图形表现为具有一定斜
率的直线。耐寒植物在比较宽的温度范围内为一直线 , 而冷敏感植物当温度降到其生
理活动的临界值 (过渡温度 )以下时 , 直线的斜率突然增大而成为折线。折线反映酶
促反应的活化能 (Ea)发生改变 , 代谢转向异常[ 6] 。 S1在比较宽的温度范围内 (25℃
～ - 10℃)为一直线 (处理 1 d ～ 5 d), 故为耐寒植物;S2和 S3基本为折线 (1 d、 3
d和 7d), 为冷敏感植物 。处理 7 d时 , 3个样品脱氢酶活性的 A rrhenius图均为折线 ,
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但 S1的折点为 5℃, S2和 S3的为 15℃, 这说明鄂尔多斯高原碱湖的钝顶螺旋藻生理活
动临界低温比引进种的低 10℃。这 3个样品的过渡温度与我们对其生长的最低极限温
度测定的结果相近[ 3] 。
S2和 S3脱氢酶活性 A rrhenius图的折点所对应的温度有 2个 , 处理 1 d和 3 d时为
- 5℃;7 d时为 15℃, 究竟哪一个是过渡温度 考虑到 S2和 S3起源于热带 , 该地区无
霜冻的自然现象 , 不存在-5℃条件;又结合 S2生长的最低温度略高于 12℃ (待发表 ),
故推断 S2和 S3的过渡温度为 15℃, 而不是-5℃。所以 , 我们认为冷敏感植物过渡温度
的确定既要考虑时间临界值问题 , 又要结合其生境温度等条件综合加以判断 , 这样可
能更准确些 。
文中用温度系数 (Q 10)和 A rrhenius图的分析判断耐寒植物和冷敏感植物 , 所得的
结果是一致的 , 但后者可提供过渡温度这一指标 , 故优于前者。
致谢 引进的钝顶螺旋藻和极大螺旋藻分别由曾昭琪教授和陈婉华研究员惠赠 , 特此
致谢。
参 考 文 献
[ 1] 陈 峰 , 姜 悦 .微藻生物技术 .北京:中国轻工业出版社 , 1999. 106.
[ 2] 乔 辰 , 李博生 , 曾昭琪 .干旱区资源与环境 , 2001, 15 (4):86 ～ 91.
[ 3] 高凌岩 , 乔 辰 .科学技术与工程 , 2003, 3 (5):421 ～ 423.
[ 4] Zarrouk C. PhD Th es is University ofParisF rance, 1966, 74.
[ 5] 李合生 .植物生理生化实验原理和技术 .北京:高等教育出版社 , 2000. 195 ～ 199.
[ 6] 何若韫 .植物低温逆境生理 .北京:中国农业出版社 , 1995. 9 ～ 36.
·科技信息·
壳聚糖材料与生物生产
壳聚糖 (chito san) 是几丁质 (chitin) 脱去乙酰基的产物 , 1894年得以命名叫几丁聚糖 (壳聚
糖), 命名至今已 111年了。这种化合物有动物纤维素之称。它不仅是与蛋白质 、 脂肪 、 糖类 、 维生
素和矿物质并列 6大生命要素之一 , 而且作为一种生物材料用于纺织工业 , 并在医疗保健产业有着广
泛的应用。由于壳聚糖带有一个氨基 , 是弱碱性 (可使人体 pH值维持 7. 4弱碱性), 可激活抗癌细
胞活性 , 达到提高自身抗癌作用 , 有效快速修复受损伤免疫系统细胞;还能控制高血压和血栓的形
成;调节机体免疫 、 pH值 , 控制脂肪摄入量;对排除多余的脂肪 、 抑制癌细胞发展 、 降低血脂 、 血
糖 、 血压均有一定功效。因此 , 研究开发壳聚糖及其衍生物产品引起有关各个不同行业的注视。有两
方面的研发已经或正在进行着:(1)于海洋遗弃的或废弃的贝壳 、 虾壳 、 蟹壳及其它陆地动物外壳如
蝇蛆壳等 , 都是一类很有价值的生物资源 , 可以从中获取壳聚糖 , 广泛应用于工业 、 农业 、 医药 、 医
疗以及化工 、 现代航空航天等领域。除了源于各类动物外壳索取壳聚糖之外 , 某些微生物也可以生产
壳聚糖产品。有两方面:一是细菌生产壳聚糖:如一种海洋弧菌能产生并分泌于胞外的甲壳质 (几
丁质) 脱乙酰基酶 , 能有效脱去乙酰基获取壳聚糖 , 所需时间 15m in。有望借助生物反应器大量生产
壳聚糖;二是某些真菌如黑曲霉 、 伯氏犁头霉 (Absida bu tteri)、 米曲霉 (Rhozopus oryzae) 等细胞壁
中含有几丁质 , 可通过发酵途径大量生产 , 先获取菌体生物量 , 尔后从其中提取壳聚糖 , 一种黑曲霉
(Asp.niger)产的菌体生物量 , 可从中获得壳聚糖 7 ～ 8g /L (见 “现代生物技术及其产业化 ”
2001. P137 ～ 138)。
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