全 文 ：第 34 卷 第 3 期
2013 年 5 月
内 蒙 古 农 业 大 学 学 报
Journal of Inner Mongolia Agricultural University
Vol． 34 No． 3
May． 2013
低温对螺旋藻 LDH和 MDH同工酶的影响*
杨 茜1， 毛永强2
(1． 内蒙古医科大学基础医学院，呼和浩特 010059;2． 内蒙古医科大学护理学院，呼和浩特 010059)
摘要: 本文以鄂尔多斯高原碱湖的钝顶螺旋藻(S1)、非洲 Chad湖的钝顶螺旋藻(S2)和墨西哥 Texcoco湖的极大螺
旋藻(S3)为材料，采用聚丙烯酰胺凝胶电泳分离了 LDH和MDH的同工酶。探讨低温对螺旋藻 LDH和MDH同工酶
的影响。结果表明，在低温下 LDH无新诱导的同工酶产生;低温可诱导 MDH新同工酶的大量表达。
关键词: 螺旋藻， 低温， LDH和 MDH， 同工酶
中图分类号: Q946． 5 文献标识码: A 文章编号:1009 － 3575(2013)03 － 0096 － 05
THE EFFECTS OF THE LOW TEMPEＲATUＲE ON
ISOENZYMES OF LDH AND MDH IN SPIＲULINA
YANG Qian1， MAO Yong － qiang2
(1． School of Basic Medical Sciences，Inner Mongolia Medical university，Huhhot 010059，China;
2． School of Nursing，Inner Mongolia Medical University，Huhhot 010059，China)
Abstract: In this paper，isoenzymes of LDH and MDH were extracted using PAGE among Spirulina platensis (S1)from alkaline lake
in Erdos Plateau，S． platensis (S2)from Chad Lake in Africa and S． maxima (S3)from Texcoco Lake in Mexico，to research the
effects of the low temperature on isoenzymes of LDH and MDH in Spirulina． The results showed that new induced isoenzyme band of
LDH was not produced in low temperature;and low temperature could induce a large quantity of new isoenzyme bands of MDH to be
expressed．
Key words: Spirulina; low temperature; LDH and MDH; isoenzyme
温度对植物种类的分布和各气候带植物的组成
起着重要作用，低温是限制植物生长和地理分布的
主要环境因子之一。由于地理起源不同，植物对低
温的反应存在着极大的遗传差异［1］。热带植物对低
温较为敏感，而温带、寒带植物则敏感程度较小。大
多数螺旋藻是喜高温的物种，但鄂尔多斯高原碱湖
的螺旋藻因其分布于近北纬 40°温带地区，多少年来
在这里繁衍生息，逐步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定的耐寒性，这
种耐寒性对其生存和发展起着重要作用。按照刘祖
褀和张石城［2］对植物抗寒性划分的标准，鄂尔多斯
高原碱湖的螺旋藻应属于抗寒的植物。经研究发现
该地区钝顶螺旋藻的生存温度范围为 － 20℃(至少)
～ 45℃，生长的温度范围约为 6 ～ 40℃，最适生长温
度约为 24℃，是一个天然的耐低温、广温型的物
种［3］。
本文以鄂尔多斯高原碱湖钝顶螺旋藻(S1)、非
洲 Chad湖钝顶螺旋藻(S2)和墨西哥 Texcoco湖极大
螺旋藻(S3)为材料，采用植物抗寒研究的方法和技
术，控制实验条件，并采用聚丙烯酰胺凝胶电泳技术
研究了低温对螺旋藻乳酸脱氢酶(LDH，EC 1． 1． 1．
27)、苹果酸脱氢酶(MDH，EC 1． 1． 1． 37)同工酶的
* 收稿日期: 2013 － 01 － 06
基金项目: 国家自然科学基金项目(30460104) ;内蒙古自然科学基金项目(200308020310) ;内蒙古高等学校科学研究项目(NJ04036)
作者简介: 杨茜(1959 －) ，女，教授，主要从事遗传学研究．
影响。通过比较来自中纬度与低纬度地区的不同种
间和种内不同品系螺旋藻 2 种酶的同工酶对低温的
反应，探讨鄂尔多斯高原碱湖钝顶螺旋藻抗寒机理，
丰富和完善鄂尔多斯高原碱湖螺旋藻抗性生理学的
研究内容，为螺旋藻产业适当扩大养殖的地理范围
和季节，并提供低温、广温型藻种及其有关的基础数
据。
1 材料与方法
1． 1 材料
实验材料见附表。
附表 实验材料
Tab． Materials used in the experiments
样品 物种 产地 来源
S1
钝顶螺旋藻
Spirulina (Arthrospira)platensis
鄂尔多斯高原巴彦淖尔碱湖 内蒙古农业大学乔辰教授惠赠
S2
钝顶螺旋藻
S． (A．)platensis
非洲 Chad湖 南京大学曾昭琪教授惠赠
S3
极大螺旋藻
S． (A．)maxima
墨西哥 Texcoco湖 中国农业科学院陈婉华先生惠赠
注:下文样品代号以此表为准。
1． 2 实验方法
1． 2． 1 螺旋藻培养 采用 Zarrouk 培养液［4］在室温
自然光照下通气培养，于对数生长期取材。
1． 2． 2 低温处理
1． 2． 2． 1 直接低温处理 准确称取螺旋藻样品 1. 0
g，加入 50 mL 新鲜 Zarrouk 培养液，置光照培养箱
中，在 5℃、0℃、－ 5℃，光照强度1 200lx;光 /暗周期
12h /12h条件下处理 3 d。
1． 2． 2． 2 低温锻炼后低温处理 先将鲜藻液置于日
14℃ /夜 7℃、1200 lx、光 /暗周期为 12h /12h 的光照
培养箱中低温锻炼 6 d，然后再进行低温处理，处理
方法同上。
1． 2． 3 粗酶液的制备 取常温(25℃)下培养及低
温处理后的螺旋藻样品，用蒸馏水冲洗 3 次，吸去多
余水分，准确称取 0. 5 g。加入 2 mL预冷 0. 05 mol /
L磷酸缓冲液(pH7. 8)［5］。在冰浴中进行超声波破
碎，于 4℃下离心 20 min(ＲCF = 10 000g) ，取上清液
在 4℃贮存备用。同时与人血清 LDH同工酶(常温)
进行比较。
1． 2． 4 电泳 采用不连续系统、垂直平板聚丙烯酰
胺凝胶电泳法(PAGE)［6］进行同工酶分离。
1． 2． 5 同工酶染色 LDH和 MDH的活性染色均采
用何忠效和张树政［7］的方法。
2 结果与分析
2. 1 乳酸脱氢酶(LDH)
2. 1． 1 常温(25℃) 25℃时，3 个螺旋藻样品 LDH
的同工酶见图 1。可看出 3 个样品只有 1 个图谱类
型，均为 1 条 Ｒm 值为 0. 61 的酶带，其中 S1 的为强
带，S2 为弱带，S3 为次强带。人血清 LDH 有 5 种同
工酶，从正极到负极依次为 LDH1、LDH2、LDH3、
LDH4 和 LDH5。螺旋藻 LDH的酶带与人血清 LDH1
基本处于同一位置，故认为螺旋藻的 LDH是 LDH1。
图 1 螺旋藻与人血清 LDH同工酶图谱
Fig． 1 Patterns of LDH isoenzymes in
Spirulina and blood serum of human
79第 3 期 杨 茜等: 低温对螺旋藻 LDH和 MDH同工酶的影响
2. 1． 2 直接低温处理 在 5℃、0℃和 － 5℃下处理
3d，3 个螺旋藻样品 LDH 同工酶带(图 2)均为 1 条
带，与 25℃下一致，Ｒm值为 0. 61。其中 S1 在 0℃时
的酶带为强带，在 5℃时为次强带，在 － 5℃时为弱
带;S2 和 S3 的酶带均为弱带。
2. 1． 3 低温锻炼后低温处理 从图 3 看出，低温锻
炼后在 5℃、0℃和 － 5℃处理 3d，3 个螺旋藻样品
LDH同工酶仍为 1 条 Ｒm 值为 0. 61 的酶带。其中
S1 在 5℃时的酶带为强带，在 0℃和 － 5℃时为次强
带，其它 2 个样品的酶带均为弱带。与低温处理相
比，5℃时 S1 的酶活性增强，0℃时减弱，而 S2 和 S3
的酶活性变化不明显。
图 2 直接低温处理螺旋藻 LDH同工酶图谱
Fig． 2 Patterns of LDH isoenzymes under low temperature in Spirulina
图 3 低温锻炼后低温处理螺旋藻 LDH同工酶图谱
Fig． 3 Patterns of LDH isoenzymes under low temperature after exercises of low temperature in Spirulina
2. 2 苹果酸脱氢酶(MDH)
2. 2． 1 常温(25℃) 25℃时 3 个螺旋藻样品的
MDH同工酶谱见图 4。S1 有 3 条酶带，S2 有 6 条，S3
有 4 条。Ｒm值为 0. 08 和 0. 20 的酶带染色深，活性
较强，为 3 个样品所共有;S1 在 Ｒm 值 0. 49，S2 在
0. 64，S3 在 0. 16 和 0. 46 处有次强带;S2 在 Ｒm 值
0. 12、0. 46 和 0. 49 处有 3 条弱带。
图 4 螺旋藻 MDH同工酶图谱
Fig． 4 Patterns of MDH isoenzymes in Spirulina
2. 2． 2 直接低温处理 从图 5 看出，3 个螺旋藻样
品 MDH 同工酶谱与 25℃时的比较变化大。S1 在 3
个处理温度时均为 7 条酶带，其中 5℃和 － 5℃时新
增加 4 条;0℃时新增 5 条。S1 增加的酶带主要集中
在 Ｒm值为 0. 24、0. 46、0. 57、0. 64 和 0. 69。S2 在 3
个处理低温下酶带均减少一条，即 Ｒm 值为 0. 12 的
弱酶带消失，－ 5℃时原有的 Ｒm值为 0. 20 的酶带消
失;新增 1 条 Ｒm值为 0. 24 的酶带。S3 在 3 个处理
低温下，Ｒm值为 0. 16 的酶带消失，新增 3 条 Ｒm 值
分别为 0. 24、0. 49 和 0. 69 的酶带;5℃和 － 5℃时的
酶带基本一样，只是酶活性上略有差异;0℃时 Ｒm
值为 0. 20 和 0. 46 的 2 条酶带消失。
在 25℃和低温处理下，3 个样品 Ｒm 值为 0. 08
的 MDH酶带始终出现，且活性极强，看出该同工酶
对温度不敏感，是螺旋藻细胞内催化苹果酸脱氢的
主要酶。总的来看，与 25℃时相比，直接低温处理下
S2 的酶带减少，而 S1 和 S3 酶带数增加，且 S1 增加的
酶带数多于 S3。表明低温胁迫可以诱导新的 MDH
同工酶产生，特别是对 S1 的作用明显。
2. 2． 3 低温锻炼后低温处理 低温锻炼后再低温
处理，3 个螺旋藻样品的 MDH 同工酶带变化趋势与
89 内 蒙 古 农 业 大 学 学 报 2013 年
直接低温处理基本相同(图 6)。S1 在 5℃和 0℃时
均有 6 条MDH酶带，25℃时 Ｒm值为 0. 49 的酶带消
失，新增加了 Ｒm 值为 0. 16、0. 57、0. 64 和 0. 69 的 4
条酶带;－ 5℃处理时酶带与前 2 个温度的酶带相
同，只是 Ｒm值为 0. 16 的酶带没有出现;在 3 种低温
处理下 S2 均有 5 条一样酶带，只是活性大小有差
别，25℃时 Ｒm值为 0. 12、0. 46 和 0. 64 的 3 条酶带
消失，增加了 2 条 Ｒm 值为 0. 16 和 0. 83 的酶带;S3
在 5℃处理时有 6 条酶带，25℃时 Ｒm 值为 0. 46 的
酶带消失，新增加了 3 条，Ｒm 值分别为 0. 05、0. 64
和 0. 83;随处理温度的降低酶带逐渐减少，0℃与
5℃时比较，Ｒm 值 0. 08 和 0. 16 的酶带消失;－ 5℃
时仅剩 2 条 Ｒm值为 0. 05 和 0. 83 的酶带，与 0℃时
相比，Ｒm值 0. 20 和 0. 64 的酶带也消失。
图 5 直接低温胁迫处理螺旋藻 MDH同工酶图谱
Fig． 5 Patterns of MDH isoenzymes under low temperature stress in Spirulina
图 6 低温锻炼后低温胁迫处理螺旋藻 MDH同工酶图谱
Fig． 6 Patterns of MDH isoenzymes under low temperature stress after exercises of low temperature in Spirulina
总的来看，低温锻炼后低温处理，3 个螺旋藻样
品的酶谱均有新的酶带出现，且 S1 增加的酶带数要
多于 S2 和 S3。此外 3 个样品 Ｒm 值为 0. 08 酶带的
活性明显降低，S3 甚至消失。S2 和 S3 的酶带数随处
理温度的降低而减少，其中 S3 更为明显。
3 讨论
同工酶是生物体代谢的调节者，与特殊的生理
功能和细胞分化等相联系，而且其的发生和基因进
化及种的演化有关系。所以，同工酶表现出明显的
99第 3 期 杨 茜等: 低温对螺旋藻 LDH和 MDH同工酶的影响
组织、种属和发育的特异性，其不仅是生理指标，而
且是可靠的遗传指纹。
LDH和MDH均是呼吸代谢的酶类，前者参与无
氧呼吸，后者参与有氧呼吸［8］。螺旋藻中的 LDH 只
有 LDH1，而 LDH1 有利于有氧呼吸。看出这两个酶
都与有氧呼吸密切相关。但这两个酶的同工酶对低
温和低温锻炼后的反应却表现出明显的差异。LDH
在低温和锻炼后与常温下的无区别，均无新诱导的
同工酶产生，说明它对环境的反应不敏感;而 MDH
却诱导出一些新同工酶的表达，而某些原有的同工
酶消失。这两种酶之间的差异，可能与酶本身的特
性有关。MDH新增的同工酶属于冷诱导蛋白，是螺
旋藻增强抗寒能力，抵御低温逆境的一种“适应性”
反应。同工酶的出现无一不受基因调控。当低温胁
迫时，可能一些基因开始表达，产生了相应的同工
酶;也有些基因受低温诱导停止表达，则相对应的同
工酶消失，说明逆境可能改变基因表达的调控，从而
改变了生物体内某些代谢环节来适应环境的变
化［9］。
鄂尔多斯高原碱湖钝顶螺旋藻的 LDH 同工酶
与引进种相比，无论常温、低温及低温锻炼均无差
别，而 MDH同工酶在 3 种温度处理下差别很大，诱
导出的新同工酶远多于消失的同工酶;Chad 湖的钝
顶螺旋藻 MDH 同工酶增减不太明显;Texcoco 湖的
极大螺旋藻 MDH经低温及低温锻炼后，也可诱导出
新的同工酶，但这 2 个引进种的同工酶随处理温度
的降低而减少，其中极大螺旋藻更为明显。看出，鄂
尔多斯高原碱湖钝顶螺旋藻的同工酶表达量明显高
于引进种，说明其对低温胁迫的适应能力强于引进
种。
参 考 文 献:
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001 内 蒙 古 农 业 大 学 学 报 2013 年