全 文 ：微生物学通报 MAR 20, 2008, 35(3): 462~465
Microbiology © 2008 by Institute of Microbiology, CAS
tongbao@im.ac.cn


基金项目：国家自然科学基金资助项目 (No. 30460104); 内蒙古自治区高等学校科学研究项目(No.NJ 04036); 内蒙古自然科学基金资助
项目 (No. 200607010932)
* 通讯作者：Tel: 0471-6946216; : qiao-chen@sohu.com
收稿日期：2007-07-16; 接受日期: 2007-08-30
生物实验室
不同生境下的钝顶螺旋藻 RAPD分析
邰丽华 1 张晓嵘 1 于 涛 1 栗淑媛 1 乔 辰 2 *
(1. 内蒙古师范大学生命科学与技术学院 呼和浩特 010022)
(2. 内蒙古农业大学农学院 呼和浩特 010019)


摘 要: 本文对不同生境下的钝顶螺旋藻 Spirulina (Arthrospira) platensis进行了 RAPD分析。结
果表明 , 鄂尔多斯高原碱湖和 Chad 湖的钝顶螺旋藻基因组 DNA 扩增多态性片段同源性为
48.23%。2 个样品在分子遗传水平上存在着较大的差异, 这是由于各自生态环境明显不同和长期
地理隔离造成的。
关键词: 钝顶螺旋藻, RAPD分析, 同源性, 生境, 地理隔离
The RAPD Study on the Spirulina platensis
in Different Habitats
TAI Li-Hua1 ZHANG Xiao-Rong1 YU Tao1 LI Shu-Yuan1 QIAO Chen2 *
(1. College of Life Science and Technology, Inner Mongolia Normal University, Huhhot 010022)
(2. College of Agronomy, Inner Mongolia Agricultural University, Huhhot 010019)
Abstract: The samples of Spirulina (Arthrospira) platensis from different habitats were analyzed by the
RAPD. The result shows that there are obvious differences in the molecular level between the Spirulina (Ar-
throspira) platensis from alkaline lakes in Erdos Plateau and the one from Chad Lake, and the homology of
DNA in the amplified polymorphism of the Spirulina (Arthrospira) platensis only reaches 48.23%. The dif-
ferent habitats and geographical isolation are the primary reasons for the above-mentioned result.
Keywords: Spirulina platensis, RAPD analysis, Homology, Habitat, Geographical isolation
螺旋藻分子遗传方面的研究起步较晚, 近几年
才有了一些研究, 汪志平等对钝顶螺旋藻形态不同
的藻丝进行 RAPD 分析[1]; 李晋楠等利用 RAPD 技
术对钝顶螺旋藻 7 株单克隆藻丝的基因组进行了
研究, 并指出该方法可作为螺旋藻分类学的重要参
考依据[2]。1996 年, 在鄂尔多斯高原碱湖发现了我
国的钝顶螺旋藻, 该藻的分布、形态解剖结构和生
理生化等方面已进行了一些研究 [3~6], 但对其遗传
多态性的分析以及与 Chad 湖钝顶螺旋藻的遗传分
化比较还未见报道。为此, 本文采用随机扩增多态
性 DNA(RAPD)的方法对鄂尔多斯高原碱湖和 Chad
湖的钝顶螺旋藻进行了比较研究, 为不同生境下钝
顶螺旋藻种内不同生态种群的分子遗传变异以及这
些变异与其生境之间的关系等提供基础的理论依据。
DOI:10.13344/j.microbiol.china.2008.03.018
邰丽华等: 不同生境下的钝顶螺旋藻 RAPD分析 463

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1 材料与方法
1.1 材料与试剂
1.1.1 材料：钝顶螺旋藻 Spirulina (Arthrospira)
platensis, 一个样品来自鄂尔多斯高原巴彦淖尔碱
湖, 记为 S1; 另一个来自非洲 Chad湖, 记为 S2。
1.1.2 主要试剂：蛋白酶K为Amresco公司产品, 溶
菌酶、RNA酶、Taq DNA聚合酶、PCR所用试剂等
均为北京天为时代科技有限公司产品, 随机引物为
上海生物工程技术服务有限公司产品。
1.2 实验方法
1.2.1 藻的培养：用 Zarrouk培养液[7]在室温自然光
下间歇通空气培养。
1.2.2 藻的处理：取对数生长期藻用筛绢过滤收集
藻丝体, 用双蒸水洗涤 3 遍, 灭菌的吸水纸吸去多
余的水, 在 −20℃ 保存备用。
1.2.3 DNA 的提取：准确称取 0.03 g 冻藻泥, 加
500 µL TE缓冲液和溶菌酶(0.025 mg/mL), 37℃恒温
水浴处理 1 h。加蛋白酶K(0.01 mg/mL)和 10% SDS,
在 60℃ 恒温水浴保温 1 h; 用等体积 Tris 饱和酚
抽提 5 min, 在 4℃, 10000 r/min离心 10 min, 取
上清液再用等体积的酚 :氯仿 :异戊醇 (25:24:1,
V/V/V)抽提 1 次 , 离心 , 上清液加 2 倍体积无水
乙醇及 1/10 倍体积 3 mol/L NaAc沉淀 DNA, 70%
乙醇洗涤, 加 TE缓冲液及 RNase(0.02 mg/mL)37℃
恒温水浴保温 1 h, 4℃ 保存。
1.2.4 DNA的检测：采用琼脂糖凝胶电泳分离DNA,
凝胶浓度 0.8%, 电压约 5 V/cm, 时间 1.5 h。用
Lab Tech UV2000 紫外-可见分光光度计, 在波长
260 nm 和 280 nm 处测定 OD值。
1.2.5 PCR反应：采用 24 条随机引物在 Biometra-
Tgradient PCR 仪中进行扩增。具体引物见表 1, 引
物的选择基本上参考了李晋楠的文献[2]。
反应体系：2 µL 的 10×Taq Reaction Buffer, 2 µL
dNTP(2.5 mmol/L), 1 U Taq酶, 1 µL随机引物, 2 µL
模板 D N A , 加灭菌双蒸水 , 使反应体积达到
20 µL。
反应条件：94℃ 预变性 5 min; 94℃ 变性
0.5 min, 36℃ 退火 1 min, 72℃ 延伸 1.5 min, 循
环 35 次; 72℃ 延伸 10 min, 4℃ 保温 30 min[2]。
每个 PCR反应重复 3 次。
1.2.6 电泳分析：将扩增产物在 1.2% 的琼脂糖凝
胶中电泳分离 , 电压 5 V/cm, 时间约 2.5 h, 在
Tanon GIS-2010紫外透射成像系统中观察、照相并
进行条带同源性分析。

表 1 扩增产物同源条带及特异条带
Table 1 Homologous bands and specific bands of amplified products
引物
Primer
核苷酸序列
Nucleotide seq-
uence (5→3)
同源条带数
Amount of ho-
mologous bands
S1特异条带数
Specific bands
of S1
S2特异条带数
Specific
bands of S2
引物
Primer
核苷酸序列
Nucleotide se-
quence (5→3)
同源条带数
Amount of ho-
mologous bands
S1特异条带
数 Specific
bands of S1
S2特异条带数
Specific bands
of S2
S22 TGCCGAGCTG 3 2 3 S70 TGTCTGGGTG 2 5 3
S23 AGTCAGCCAC 3 3 5 S73 AAGCCTCGTC 3 2 5
S24 AATCGGGCTG 3 4 7 S78 TGAGTGGGTG 1 7 3
S31 CAATCGCCGT 4 1 2 S80 ACTTCGCCAC 4 5 5
S33 CAGCACCCAC 4 6 3 S82 GGCACTGAGG 0 2 1
S35 TTCCGAACCC 3 7 3 S88 TCACGTCCAC 2 4 5
S38 AGGTGACCGT 4 1 3 S90 AGGGCCGTCT 4 4 2
S40 GTTGCGATCC 5 4 1 S91 TGCCCGTCGT 6 4 2
S53 GGGGTGACGA 0 5 5 S99 GTCAGGGCAA 1 5 2
S59 CTGGGGACGA 5 1 2 S112 ACGCGCATGT 4 7 0
S66 GAACGGACTC 2 2 3 S118 GAATCGGCCA 6 3 3
S69 CTCACCGTCC 3 1 2 S119 CTGACCAGCC 3 3 3
2个样品扩增产物总条带数 Total bands of amplified products in 2 samples 75 88 73
扩增产物总条带数 Total bands of amplified products 311

2 结果与分析
2.1 基因组 DNA的鉴定
钝顶螺旋藻 S1和 S2的基因组 DNA 条带清晰,
均为 1 条亮带, 说明 DNA 样品很少降解。与 1 kb
Plus DNA Ladder分子量参照物进行对比, 表明获得
了大分子量的基因组 DNA, 其分子量>10 kb(图 1)。
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图 1 钝顶螺旋藻基因组 DNA电泳图
Fig. 1 Agarose gel electrophoresis of genomic DNA of
Spirulina (Arthrospira) platensis
M: Marker(1 kb plus Ladder)

S1和 S2的 DNA OD260/OD280值分别为 1.9711
和 1.9844, 说明所提取的 DNA 样品具有较高的纯
度。由 OD260值算出 S1和 S2的 DNA浓度分别为 280
µg/mL和 191 µg/mL, 这与图 1中观察到的 S1条带
比 S2的宽相符。
2.2 RAPD扩增结果
在钝顶螺旋藻 S1和 S2的 DNA中, 24 条有效随
机引物扩增出比较清晰的谱带 311 条, 其中 S1 扩
增出的总数为 163 条, 平均每条引物扩增出 6.70
条; S2扩增出的总数为 148 条, 平均每条引物扩增
6.17 条; 不同的引物扩增出的条带数差别较大, 少
至 1 条, 多至 11 条, 扩增片段主要分布于 400 bp~
5000 bp 之间(图 2)。
2.3 同源性分析
对 S1和 S2的 RAPD扩增产物进行分析, 条带误
差定为 4, 将迁移率一致的认为是同源条带, 迁移
率不同的为特异条带, 得到的数据见表 1。
从扩增出的同源带来看 , 最高的可达到 6 条
(S91、S118), 最低的为 0 条(S53、S82)。不同引物
所得到条带的同源性最高达到了 76.92%(S59), 最
低为 0%(S82)。2 个样品的同源总条带数为 150(75
×2), 占扩增出总条带数的 48.23%。不同引物扩增
出的特异条带数有较大的差异 , 最高的可达到 7
条, S1用引物 S35、S78、S112, S2用引物 S24均扩增
出 7 条特异带, 最低的为 0 条, S2用引物 S24未扩
增出特异条带; S1和 S2特异条带数分别为 88 和 73,
前者比后者多 20.5%, 显示出较高的多态性。说明,
S1的变异大于 S2。


图 2 S1和 S2的 PCR扩增产物琼脂糖凝胶电泳图谱
Fig. 2 Agarose gel electrophoresis of PCR products in the S1
and S2
a: 8种随机引物 (S22、S23、S24、S31、S33、S35、S38、S40) RAPD
电泳图谱; b: 8 种随机引物 (S53、S59、S66、S69、S70、S73、
S78、S80) RAPD电泳图谱; c : 8种随机引物 (S82、S88、S90、
S91、S99、S112、S118、S119) RAPD电泳图谱; M: Marker(1 kb
plus Ladder)
a: RAPD patterns from 8 random primers (S22、S23、S24、S31、
S33、S35、S38、S40); b: RAPD patterns from 8 random primers
(S53、S59、S66、S69、S70、S73、S78、S80); c : RAPD patterns
from 8 random primers( S82、S88、S90、S91、S99、S112、S118、
S119); M: Marker(1 kb plus Ladder)

3 讨论
24 条有效随机引物对鄂尔多斯高原碱湖的钝
顶螺旋藻 S1和 Chad湖的钝顶螺旋藻 S2基因组 DNA
的 RAPD 扩增产物分析, 它们在分子水平上存在着
差别。虽然是同一个物种 , 但它们相似系数仅为
0.482, 这与杨茜等对 2 个样品 5 种酶的同工酶和
可溶性蛋白谱带数目分析所得出的相似系数为
0.476 极为接近[5]。
钝顶螺旋藻的 2 个样品在 RAPD 分析上为什
么会产生如此大的差异？推测与其各自的生境不同
以及地理隔离有关。鄂尔多斯高原的钝顶螺旋藻分
布于毛乌素沙地的巴彦淖尔(39°01′N, 109°17′E)及
其邻近碱湖, 这里是典型的温带大陆性干旱、半干
邰丽华等: 不同生境下的钝顶螺旋藻 RAPD分析 465

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旱气候区, 海拔 1200 m ~ 1600 m; 冬季寒冷漫长,
夏季炎热短暂, 日温差和年温差都较大, 极端最低
气温 −35.7℃, 极端最高气温 40.2℃, 年平均温度
4.7℃ ~ 6.5℃; 干旱少雨, 年降水量 271.4 mm ~
401.6 mm, 年蒸发量 2000 mm ~ 3000 mm, 蒸发量
是降水量的 5.0 ~ 11.1 倍; 光照充足, 风大沙多。碱
湖面积小, 水深 0.1 m ~ 0.5 m, 甚至干枯, 湖水 pH
值 9.3 ~ 10.5; 主要靠大气降水补给, 故受气候影响
湖水的水量、pH 值、水温及湖水化学成分等受气
候影响变化都很大, 水环境极不稳定[3]。而 Chad湖
(13.20°N, 14.00°E)为非洲第 4 大湖 , 湖面海拔
243 m。其地处热带, 为热带草原气候区。终年高温,
冬天平均气温 20℃~ 23℃, 夏天 30℃ ~ 42℃, 年
平均为 27℃ 以上, 早晚温差大。夏季潮湿多雨, 冬
季干燥少雨; 6 ~ 10月为雨季, 气候湿热; 11月至翌
年 5月为旱季, 气候炎热。年平均降水量 200 mm ~
300 mm; 年平均日照时数 3000 h 以上。湖面积为
25900 km2(1972年) ~ 2000 km2(2002年), 最大水深
4 m ~ 11 m, 水源主要来自 Chari河[8,9]。与鄂尔多斯
高原碱湖相比, Chad湖的水环境相对稳定。
本文研究在不同生境下的钝顶螺旋藻, 它们各
自所在的地理位置、气候特征、湖面积、水深等方
面存在很大差异。在进化的历史长河中, 为了生存
钝顶螺旋藻必然要不断地进化。鄂尔多斯高原碱湖
与Chad湖相比较, 前者的环境不及后者稳定, 钝顶
螺旋藻 S1 的存活要靠机会, 且变异必然要比 S2 的
大。另外, 它们长期的地理隔离, 二者之间不可能有
遗传物质的交流, 促使两个种群在遗传上发生了一
定的分化, DNA碱基有了较大的差异。正因为如此,
它们虽为同一物种, 但二者间的相似系数较小, 同
源性较低。

致 谢: Chad 湖的钝顶螺旋藻由曾昭琪教授惠赠,
特此致谢!
参 考 文 献
[1] Wang ZP , Zhao YJ. Morphological reversion of Spirulina
(Arthrospira) Platensis (Cyanophyta): from linear to
helical. Phycological, 2005, 41: 622−628.
[2] 李晋楠, 汪志平. RAPD分子技术用于螺旋藻(Spirulina)
分类的研究. 海洋与湖泊, 2002, 33(2): 203−208.
[3] 乔 辰, 李博生, 曾昭琪. 鄂尔多斯沙区碱湖与螺旋藻
资源. 干旱区资源与环境, 2001, 15(4): 86−91.
[4] Tian XY, Qiao C, Gao LY. The microstructure and ul-
tra-structure of Arthrospira platensis (Hormogonophyceae,
Cyanophyta) in alkaline lakes of Erdos Plateau, China.
Arch Hydrobiol Suppl 164/Algol Stud, 2006, 121: 75−84.
[5] Yang Q, Li SY , Hu RP, et al. Isoenzymes and soluble
protein in Arthrospira from alkaline lakes in Erdos Plateau,
China and in exotic species. Chinese Journal of Oceanol-
ogy and Limnology, 2006, 24(2): 134−141.
[6] 扈瑞平, 张三润, 栗淑媛. 低温下两个品系的钝顶螺旋
藻质膜蛋白的变化 . 科学技术与工程 , 2007, 7(8):
1305−1308.
[7] Zarrouk C. Contribution a I’ étude d’une cyanophycée.
Influence de diverses facteures physiques et chimiques sur
la croissance et la photosynthèse de Spirulina maxima
(Setch. et Gardner) Geitler. PhD Thesis, France: Univer-
sity of Paris, 1966.
[8] 陈 顺. 资金短缺意见相左, 乍得湖拯救计划被迫推迟.
新华网, 2002-01-17.
[9] 刘 伉, 毛汉英, 王守春. 世界自然地理手册. 北京：知
识出版社, 1981, p.27.


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