全 文 ：收稿日期:2013 － 03 － 21;修回日期:2013 － 04 － 07
基金项目:安徽省自然基金项目(090413082，1208085QC62);安徽农业大学基金项目(wd2012 － 6)资助
作者简介:夏蕊琪(1990 －)，女，汉族，安徽合肥人，硕士研究生，研究方向为微生物生理学，E-mail:18756094328@ 163． com;
通讯作者:唐欣昀，安徽巢湖人，教授，主要研究方向为 微生物生理学，E-mail:tangxinyun@ 21cn． com。
doi∶10． 3969 / j. issn. 2095 － 1736． 2013. 05. 045
螺旋藻在光胁迫时的抗逆性研究
夏蕊琪，査 婧，曹媛媛，杨恩东，常 艳，唐欣昀
(安徽农业大学生命科学学院，合肥 230036)
摘 要:螺旋藻对于环境的变化有很强的适应性。以钝顶螺旋藻为实验材料，测定螺旋藻在受到较强光照胁迫时藻
体的电导率以及脯氨酸、丙二醛和过氧化氢酶系的含量。在 3000 lx光照下，螺旋藻 6 个藻株的电导率以及脯氨酸、
丙二醛和过氧化氢酶系的含量比在 1000 lx光照下明显升高，螺旋藻的电导率最高上升了 2 ～ 6 倍;细胞内的脯氨酸
含量最多增加 5 倍，最少增加 13%;丙二醛的含量增加 40% ～100%;过氧化氢酶的含量上升范围在 19% ～80%，过
氧化物酶的含量上升范围在 20% ～100%。说明螺旋藻在受到光胁迫时自身会启动相关保护机制，产生一定的抗
逆性，以适应环境的变化。
关键词:螺旋藻;光胁迫;抗逆性;脯氨酸;过氧化氢酶
中图分类号:Q945． 78 文献标识码:A 文章编号:2095 － 1736(2013)05 － 0045 － 04
The stress resistance of Spirulina platensis under high light intensity
XIA Ｒui-qi，ZHA Jing，CAO Yuan-yuan，YANG En-dong，CHANG Yan，TANG Xin-yun
(School of Life Science，Anhui Agricultural University，Hefei 230036，China)
Abstract:Spirulina platensis has very strong adaptability to environment changes． In this experiment，the electric conductivity，pro-
line，malondialdehyde，catalase and peroxidase contents of S． platensis under strong light stress were determined． Under 3000 lx，the
electric conductivity，malondialdehyde，proline and antioxidant enzyme activities of 6 strains were much higher than those in 1000L
light． With the increase of light intensity，the electric conductivity increased up to 2 ～ 6 times and the proline contents of S． platensis
increased up to 5 times;the malondialdehyde contents of S． platensis increased 40% ～100%;the catalase and peroxidase contents of
S． platensis increased 19% ～80% and 20% ～100%，respectively． The experiment data showed that S． platensis under light stress in-
itiated certain self-protection mechanisms in order to adapt the environmental changes．
Keyword:Spirulina platensis;light intensity;resistance;proline;catalase
螺旋藻(Spirulina)属蓝藻门(Cyanobacteria )、颤
藻目(Oscillatoriales)、颤藻科(Osciallatoriaceae)［1］，营
养价值高，容易批量培养，是解决粮食和能源缺乏适合
的材料，得到广泛的研究和开发［2，3］。螺旋藻是光合自
养生物，在生态系统中起到重要的调节作用［4］。光照
是影响螺旋藻生长的重要因素，近些年由于温室效应
不断加剧以及臭氧层被大幅度破坏，不仅地球的温度
在逐渐的上升，地球生物所接受的紫外辐射也在不断
的增加［5］。因此研究螺旋藻对紫外辐射伤害的抗逆性
显得尤为重要。
大多数研究都侧重于螺旋藻在强光照射下对光合
作用的影响［6］，在螺旋藻抗逆性方面侧重研究的则是
高温和盐碱环境对螺旋藻的影响［7］，对于螺旋藻在强
光下如何调节自身的蛋白质和酶的变化来避免遭受伤
害的研究并不太多。本研究的目的是通过研究螺旋藻
在受到光胁迫时，如何通过电导率(EC)、脯氨酸
(Pro)、丙二醛(MDA)、过氧化氢酶(CAT)和过氧化物
酶(POD)的变化来启动自身的自我保护机制，有利于
了解螺旋藻对环境的适应机制。
1 材料和方法
1. 1 实验菌株
螺旋藻(Spirulina platensis)藻株 Sp3、Sp5、Sp7、
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Sp9、Sp11 和 Spc由本实验室保存。
1. 2 培养基和试剂
无菌 Zarrouk［8］培养基;丙酮，磺基水杨酸，甲苯，
酸性茚三酮，三氯乙酸，硫代巴比妥酸，愈创木酚等所
需试剂及磷酸缓冲液所需试剂购自上海生工生物工程
公司。
1. 3 实验方法
1. 3. 1 实验藻株的培养
取对数生长期的藻 Sp3、Sp5、Sp7、Sp9、Sp11 和 Spc
各 0. 1 mL接入 5 mL ZK 培养液的螺口管中后放入光
照培养箱，在 25℃，3000 lx 和 25℃，1000 lx 光照下各
培养 14 d。
1. 3. 2 电导率的测定
用上海雷磁仪器厂生产的 DDS-11C 电导率仪测
定不同藻株在 1000 lx和 3000 lx光照下的电导率。
1. 3. 3 丙二醛含量的测定
硫代巴比妥酸法［9］:
MDA:C (μmol /L) = 6. 45 (OD532 － OD660) －
0. 56OD450
MDA含量 = (MDA 质量浓度 × 提取液体积)/藻
体鲜重
1. 3. 4 脯氨酸含量的测定
采用酸性茚三酮法［10］测定脯氨酸浓度。称量一
定量新鲜藻丝，加入 5 mL 3%磺基水杨酸溶液，超声波
破碎仪破碎 5 min，于沸水浴中提取 10 min，冷却后吸
取上清 2 mL，加入 2 mL冰醋酸和 2 mL 5%酸性茚三酮
溶液，于沸水浴中反应 30 min，冷却后加入 4 mL 甲苯
萃取，静置后 520 nm 比色，从标准曲线中查出测定液
中 Pro质量浓度。
Pro含量 =(Pro质量浓度 ×提取液体积)/藻体鲜
重
1. 3. 5 过氧化氢酶和过氧化物酶活性的测定
制备粗酶液:称量一定量新鲜藻丝，离心去上清，
加入 pH值 7. 8 的磷酸缓冲液，超声破碎 5 min，再冷冻
离心后取上清液，定容 10 mL。混合均匀后，置于 4℃
冰箱静置 10 min，取上部澄清液离心，上清液即为粗酶
液，4℃下保存。
按参考文献［11］测定氧化氢酶活性，向比色皿中加
入 0. 3% H2O2 1 mL，蒸馏水1. 9 mL，最后加入0. 1 mL酶
液，启动反应，用紫外分光光度计测定 240 nm波长处的
OD降低速度。将每分钟 OD减少 0. 01定义为 1个活力
单位。空白对照为 0. 3%H2O2 1 mL，蒸馏水 2 mL。
过氧化物酶活性的测定:创愈木酚法［12］。
1 个酶活力单位(μ)定义为 1 min 内 A240减少
0. 01 的酶量。
过氧化氢酶活性(μ / g·min)= (△A240 × Vt)/
(0. 1 × V1 × t × Fw)
过氧化物酶活性(μ / g·min)= (△A470 × Vt)/
(0. 1 × V1 × t × Fw)
1. 3. 6 数据分析
每个处理设 3 个重复。所有数据进行统计学分
析，符号* 和＊ ＊分别表示在 P ＜ 0. 05 时差异性显
著，在 P ＜ 0. 01 差异性极显著。
2 结果与分析
2. 1 光胁迫对螺旋藻电导率的影响
在 3000 lx光照下培养的藻株，电导率明显要高于
在 1000 lx光照下培养的藻株。如图 1 所示，6 株藻种
的电导率均有明显的升高。Sp3 的电导率升高最多，
比 1000 lx 光照下升高了 6 倍。Sp7 和 Spc的电导率分
别升高了 2. 4 倍和 2 倍。各菌株的电导率变化均有显
著性差异。说明在较强光照下，螺旋藻的电导率明显
升高。
图 1 螺旋藻在不同光照强度下的电导率
Fig 1 Electric conductivity of Spirulina under different
light intensities conditions
2. 2 光胁迫对螺旋藻丙二醛含量的影响
在 3000lx光照下培养的藻株，丙二醛含量要高于
在 1000 lx光照下培养的藻株。如图 2 所示，除了 Sp9
的丙二醛含量变化不明显，其它 5 株藻种的丙二醛含
量均有明显升高。Sp5 和 Sp7 的丙二醛含量升高最
多，比 1000 lx 光照下增加了 1 倍。Sp11、Sp3 和 Spc的
丙二醛含量分别增加了 68%、52% 和 40%。除 SP9
外，各菌株的变化差异显著。说明在较强光照下，螺旋
藻细胞内的丙二醛含量明显升高。
图 2 螺旋藻在不同光照强度下的丙二醛含量
Fig 2 The MDA contents of Spirulina under different
light intensities conditions
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2. 3 光胁迫对螺旋藻脯氨酸含量的影响
由图 3 可以看出，当光照强度增加后，6 个藻株的
脯氨酸含量均有不同程度的增加，其中藻株 Sp11、Sp9
和 Spc脯氨酸的含量大幅度增加，是 1000 lx光照培养
的 4 ～ 5 倍。藻株 Sp3、Sp5 和 Sp7 脯氨酸的含量增加
幅度在 13% ～ 60%。除 Sp3 外 5 个藻株的变化均显
著。说明在较强光照下螺旋藻细胞内的脯氨酸含量明
显升高。
图 3 螺旋藻在不同光照强度下的脯氨酸含量
Fig 3 The procontents of Spirulina under different
light intensities conditions
2. 4 光胁迫对螺旋藻过氧化氢酶系的影响
由图 4 可以看出在 3000 lx 光照下螺旋藻各个藻
株的过氧化氢酶的活性高于在 1000 lx 光照下培养的
藻株。6 个藻株中 Sp5 和 Sp3 的过氧化氢酶活性增加
了 80%和 70%，是实验藻株中增加幅度最大的。Sp7、
Sp9、Sp11 和 SpC 这 4 个藻株的过氧化氢酶活性增加
幅度在 19% ～ 37%。除了 SP5 外，其它 5 个藻株均有
显著性差异。表明随着光照强度的增大，螺旋藻的过
氧化氢酶的活性有不同程度的升高。
图 4 螺旋藻在不同光照强度下的过氧化氢酶活性
Fig 4 The CAT activity of Spirulina under different
light intensities conditions
图 5 螺旋藻在不同光照强度下的过氧化物酶活性
Fig 5 The POD activity of Spirulina under different
light intensities conditions
在 3000 lx光照下螺旋藻各个藻株的过氧化物酶
的活性高于在 1000 lx 光照下培养的藻株(图 5)。
Sp11 和 Sp9 藻体中过氧化物酶活性分别增加了 1 倍和
88%，增加幅度最大。Sp3、Sp5、Sp7、Sp3 和 SpC 藻株
的过氧化物酶活性增加幅度在 20% ～ 64%。各个藻
株的变化差异性显著，表明随着光照强度的增大，螺旋
藻的过氧化物酶的活性也显著增强。
3 结论与讨论
从实验数据可以发现光照强度增加对螺旋藻细胞
内电导率以及丙二醛、脯氨酸和过氧化氢酶系的含量
有很大的影响。有研究发现当植物体在受到一定的环
境胁迫时，细胞内会产生大量的活性氧自由基［13］。由
于螺旋藻是原核光合自养生物，并没有线粒体、叶绿体
等细胞器，因此光合系统和氧化呼吸系统均在膜上，活
性氧自由基的产生就会造成脂膜过氧化，不仅会使得
生物膜受损，严重时还会造成藻细胞的死亡。由于细
胞膜被破坏，会导致膜透性的增加，使细胞内的电解质
外泄，因此，电导率一直都被视为衡量是否受到逆境胁
迫的一个重要指标。实验结果表明，在强光照下的藻
细胞电导率有明显的升高，证明了螺旋藻确实受到了
光胁迫。同时，丙二醛是脂膜过氧化的产物，因此丙二
醛含量的高低也可以用来表示脂质过氧化的强度和活
性氧自由基对膜系统的伤害程度［14，15］。本实验结果
显示当光照强度增加时丙二醛的含量也随着升高，说
明藻细胞内的活性氧自由基开始增多，藻细胞受到了
光胁迫。过氧化氢酶和过氧化物酶是植物体内自由基
的清除剂，在一定程度上可以保护植物细胞［16 － 18］。在
本实验中，过氧化氢酶系含量的升高，验证藻细胞确定
受到光照胁迫，而藻细胞自身也作出有效的反应来清
除细胞内的自由基，这是藻细胞的一种自我保护的行
为，以抵御光胁迫所带来的伤害。
逆境胁迫条件下细胞内脯氨酸的积累是一种普遍
存在的现象［16］，但关于脯氨酸含量在逆境下升高的问
题存有争议，有学者认为脯氨酸的增加可能是细胞结
构和功能受损的表现;但也有研究表明，只有在缺水条
件下，高温才能导致脯氨酸的积累［17，18］。在本实验
中，随着光照强度的增加，脯氨酸的含量也随之增加，
并且差异显著。这说明脯氨酸含量的升高是螺旋藻对
抗光胁迫的一种表现。脯氨酸具有亲水端和疏水端，
可以分别与水和蛋白质相结合，是水溶性最大的氨基
酸。可能是由于随着光照强度的增加，螺旋藻的呼吸
作用速率加快，需要利用渗透调节来获得更多的水分，
因此当光照强度增加时，藻细胞需要脯氨酸来束缚更
多的水，从而导致脯氨酸的含量增加。因而脯氨酸和
过氧化氢酶系含量的增加，都是螺旋藻细胞在受到光
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胁迫时自身所做出的抗逆性反应，螺旋藻通过调节脯
氨酸和过氧化氢酶系含量来避免藻细胞受到伤害，从
而更好地适应环境。实验也表明不同藻株对于环境的
适应程度存在差异，但不论直线型还是螺旋形藻株都
具有一定的抗逆性。本研究验证了螺旋藻在受到较强
光照的胁迫下会产生自我保护机制来抵抗逆境带来的
伤害，但是关于这些反应在分子水平上的调控机制并
不清楚，还需要进一步研究以揭示其详细机理。
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