全 文 ：60
研究报告 REPORTS
硒硫比值对钝顶螺旋藻有机化硒的影响及藻体中硒的形态 、价
态构成*
黄 峙 1 郑文杰 2 向军俭 1 杨红宇 1 郭宝江 3
(暨南大学 1生物工程学系 ,2 化学系 广州 510632)
(3 华南师范大学生物技术研究所 广州 510631)
提要 在培养基中添加亚硒酸钠 、硫酸钾培养钝顶螺旋藻 ,研究硒 、硫不同克分子比(Se∶S)
对钝顶螺旋藻有机化硒的影响 ,用 2 , 3-二氨基萘荧光分光光度法测定藻体中总硒 、有机硒 、4
价硒及 6价硒含量 ,分析藻体中硒的形态 、价态构成 。结果显示 ,一定范围内 Se∶S对钝顶螺旋
藻产率影响不大 ,但硒浓度为 3.80 mmol/L、Se∶S=0.812时螺旋藻产量 、总硒及有机硒含量均
最高 ,富硒钝顶螺旋藻中以有机硒为主 ,无机硒以 4价硒为主。
关键词 硒硫比值 ,钝顶螺旋藻 ,硒 ,有机硒
硒(Se)和硫(S)同属氧族元素 , 两者化学性质类
似 , 在吸收 、转运和进入生物大分子中的途径有相同
之处 。Leggett和 Epstein于 1956年对硒 、硫拮抗的研究
发现 , 植物体对硒酸盐和硫酸盐表现出竞争性吸收的
特点 , 并结合于根部细胞膜上的相同位点 。螺旋藻
(Spirulina)具有增殖快 、光合效率高和蛋白质含量丰
富的特点 , 硫对其生长是必需的 。螺旋藻虽为非积硒
植物 , 但对无机硒有较强耐性[1 ] , 在培养液中添加亚
硒酸钠 (Na 2SeO 3)可以实现藻体对硒的富集和有机
化 , 因此可作为硒生物有机化的理想载体[2 ] 。在进行
硒有机化培养中 , 硒硫不同克分子比简称硒硫比值
(Se∶S)对螺旋藻产量 、硒含量和硒有机化率将会产
生较大影响 。硒在生物体内的存在形态可区分为有机
态和无机态 ,其中无机硒又有单质硒(Se0)、4价硒(Se
Ⅳ)及 6价硒(Se Ⅵ )之分 , 它们的含量是某一富硒产
品营养价值的重要指标 , 富硒螺旋藻中硒的形态 、价
态及含量也有必要确证 。
1 材料与方法
1.1 藻种
钝顶螺旋藻(Spirulina platensis), 由深圳蓝藻公司
提供 ,本实验室保种 。
1.2 硒硫比配制
Zarrouk培养基用含硒 1 267 mmol/L的 Na 2SeO 3
母液调整硒浓度。添加硫酸钾(K 2SO 4)调整硫浓度 ,培养
基硫源中除 K 2SO 4 外 , 合计 0.852 mmol/L(S 1),
K 2SO 4加量经扣除 S1 计算 。按表 1配制不同硒硫比
值 。
1.3 培养条件
藻种接种于 1 000 ml鼓泡式生物反应器(实验室
自制)内 ,接种量为 OD 1cm =0.10 , 温度 33～ 35 ℃, pH560
*广东省自然科学基金 010369号和广州市科委资助项目
2001-J-010-01号。
第一作者:黄 峙 , 出生于 1968年 , 硕士 , 讲师。 E-mail:
Hzhi@21cn.com
收稿日期:2001-07-26;修回日期:2001-10-20
海洋科学/2002年/第 26卷/第 5期
61
图 2 硒硫比对总硒及有机硒含量的影响
Fig.2 Effect of various Se∶S on total Se and organic-Se content in
Spirulina
图 1 硒硫比对螺旋藻产量的影响
Fig.1 Effect of various Se∶S on yield of Spirulina
8.8 ～ 9.5 ,光照强度 4 000 lx ,光照时间为每天 24 h ,培
养 8 d采收 。
1.4 分析与测定
OD560 :用分光光度计测定 。
测定硒:称取含硒藻粉 10.0 mg置于具塞三角瓶
中 ,经5ml混合酸(HNO 3 ∶HClO 4=4∶1)消化 ,使2价硒
(Se Ⅱ)氧化成 Se Ⅳ,消化液用 2 , 3-二氨基萘(2 , 3-
DAN)荧光分光光度法测定硒含量 , 计为总硒;另称取
含硒藻粉 100.0 mg加浓盐酸至HCl终浓度为 20 %,煮
沸 20min ,使 Se Ⅵ完全还原成 Se Ⅳ,冷却后不经消化
处理测定硒含量(Se Ⅳ、Se Ⅵ之和), 计为无机硒;再
称取含硒藻粉 100.0 mg经超声波破碎 , 0.3%过氧化
氢浸提 3次 ,每次 2 h , 4 000 r/min离心 15 min ,收集上
清液 , 不消化直接测定其中 Se Ⅳ含量 , 用所测无机硒
含量减去 Se Ⅳ含量得 Se Ⅵ含量 。实验重复 3次 。
1.5 仪器与试剂
RF-540型荧光分光光度计 、低温高速离心机 、
岛津 UV-3000紫外分光光度计 、真空冻干机 、超声波
细胞破碎仪 。2 , 3-DAN 、Na 2SeO 3等试剂为 AR级 。
2 结果与讨论
2.1 硒硫比值对螺旋藻有机化硒的影响
考虑到硒对生物体的毒性作用 , 实验设计中对硒
硫比值的设定以不致引起明显毒性作用的硒浓度为
限 , 作者经大量预实验认为 , 硒浓度在 3.80 mmol/L
时对螺旋藻生长无不良影响 。硒硫比对螺旋藻产率 、
总硒和有机硒含量的影响如图 1 、图 2所示 。当培养基
中硒添加浓度为 3.80 mmol/L时 , 除在 Se∶S=1.624
情况下导致产率下降外 ,硒硫比值在实验范围内对螺
旋藻产量影响不大 ,与作者单位在实验中发现硫浓度
不是影响螺旋藻产量的关键因素相一致;但硒硫比对
藻体富集和有机化硒影响较大 , 在 Se∶S=0.812时
螺旋藻产量 、总硒和有机硒含量均最高 , 该条件可为
培养富硒螺旋藻提供参照;随硒硫比值减小 , 总硒与
有机硒呈明显下降趋势 , 两者浓度变化基本同步 , 说
明螺旋藻富硒及有机化硒与硒 、硫浓度优势不同而有
显著变化 , 这可能是硒硫竞争拮抗影响螺旋藻对硒吸
收 、代谢和转化所致 ,硒与硫性质相似 ,所以硒通过代
替硫的代谢途径进入生物体 , 硒 、硫浓度及其比值的
不同可能会影响生物体对硒的吸收代谢过程 。硒硫比
高时产率下降 , 可能由于硫的拮抗减弱增强了硒的毒
性 。
2.2 富硒螺旋藻中硒形态 、价态及含量
生物体中硒的形态多样 ,总体上可区分为有机硒
和无机硒[3 ] , 有机硒主要指以负 2价态结合在蛋白
质 、脂 、多糖 、核酸 、氨基酸 、多酚、甾类化合物等有机
分子特别是生物分子中的硒[4 ] , 其在代谢过程中又可
衍生出复杂的中间形式 。吴江 、欧阳政于 1987年建立
了硒蛋氨酸的溴化氰 -气相色谱测定法 , 农晋琦等在
1994年又将该法用于硒半胱氨酸和硒胱氨酸的测
研究报告 REPORTS
Marine Sciences/Vol.26, No.5/2002
62
EFFECTS OF VARIOUS Se∶S RATIOS ON Se-
ORGANIZING AND CHEMICAL STATES AND
VALENCES OF Se IN Spriulina platensis
HUANG Zhi
1
ZHENG Wen-jie2 XIANG Jun-jian1 YANG Hong-yu1 GUO Bao-jiang3
(1Dept.of Bioengineering , 2Dept.of Chemistry , Ji Nan University , Guangzhou 510632)
(3Biotechnology Research Institute , South China Normal University , Guangzhou 510631)
Received:Jul., 26, 2001
Key Words:Se∶S ratios , Spirulina platensis , Selenium, Organic-Se
Abstract
Effects of various Se ∶S ratios on Se-organizing in Spirulina platensis were investigated , Se contents , chemical
states and various valences in Se-enriched S.platensis were determined also.The culture of S.platensis in the Zarrouks
media with different ratios of Se∶S , i.e.1.624 , 0.812 , 0.406 , 0.203 , 0.102 , was prepared by adding Na 2SeO 3 and
K2SO 4 .Results showed that there was no apparent effect on alga yield in the range of present experiment , but contents of
both total-Se and organic-Se were the highest in culture conduction of 3.80 mmol/L selenium and Se∶S in 0.812.In
addition , 75%of total Se was organic-Se and the chemical state of inorganic-Se was mostly Se Ⅳ .
(本文编辑:张培新)
定 , 陈汉杰等于 1993年对硒酵母中的硒蛋白进行色
谱分离和分析 ,但对许多有机硒的确切形态至今仍无
简便方法进行鉴定 。无机硒是 Se0 、Se Ⅳ、Se Ⅵ的统
称 。王子健等在 1988年对不同价态硒的测定进行探
索 , 瞿进文等于 1994年对富硒生物样品中硒的价态
和形态进行了分析 , 本文采用瞿进文方法并适当改
良 , 结果表明 (见表 2), 富硒螺旋藻中存在无机态和
有机态的硒 , 但以有机硒为主 , 占 75%以上 , 因此螺
旋藻是硒生物有机化的理想载体。从无机硒的价态上
看 , 添加培养的富硒螺旋藻中以 Se Ⅳ, 但用本法未测
出 Se Ⅵ 。在一定范围内 ,随培养液中添加无机硒浓度
的增加 ,总硒 、有机硒和无机硒均有所增加 ,但无机硒
的增加相对更明显 , 按比例算 , 甚至超过培养液中添
加硒的增长幅度(添加硒以 1 , 3 , 5倍递增 , 而无机硒
大约以 1 , 3 , 8倍增长), 这是进行螺旋藻富硒培养和
生物有机化研究和应用中值得注意的问题 。
参考文献
1 李乐农、张秀平、郭宝江等。富硒螺旋藻中含硒蛋白的纯
化结晶及初步晶体学研究 ,中国科学(C辑), 2000 , 30
(5):449～ 455
2 黄 峙、向军俭、郑文杰等。钝顶螺旋藻富集转化硒及硒
在藻体中的分布 ,植物生理学通讯 , 2001 , 37 (1):
12～ 14
3 左银虎。环境与植物中硒形态研究进展 ,植物学通报 ,
1999 , 16(4):378～ 380
4 黄 峙、郑文杰、郭宝江。含硒生物大分子化合物研究进
展 ,海南大学学报(自然科学版), 2001, 19(2):169～ 175
研究报告 REPORTS
海洋科学/2002年/第 26卷/第 5期