全 文 ：螺旋藻乙醇酸氧化酶 (GO)的研究*
王志忠　巩东辉　刘　华　乔　辰**
(内蒙古农业大学农学院　呼和浩特　010019)
摘要:采用比色法对鄂尔多斯高原碱湖的钝顶螺旋藻 (S1) 与国外引进的钝顶螺旋藻
(S2) 和极大螺旋藻 (S3)的乙醇酸氧化酶 (GO) 进行了比较研究。结果表明:在 25℃、
pH 8.0条件下 , S
1
、 S
2
和 S
3
的 GO活性分别为 70. 9 U /gFW、 59.6 U /gFW 和 80.9 U /gFW;
最适温度均为 30℃;在 0℃ ～ 35℃ (30℃)范围内比较稳定;最适 pH 值分别为 8.6、 8.2
和 8. 4;pH值稳定范围 , S1为 7.6 ～ 10. 0、 S2为 8. 0 ～ 9.0;S3为 8. 0 ～ 8.6。 S1的 GO对
温度和 pH适应范围最宽 , 且在低温 、 高温 、 强酸和强碱下的活性均比引进种的高。
关键词:螺旋藻 , 乙醇酸氧化酶 , 酶动力学 , 鄂尔多斯高原碱湖
中图分类号:Q554. 9　　文献标识码:A　　文章编号:0253-2654 (2005) 04-0068-04
　　*国家自然科学基金项目 (No. 30460104)
内蒙古自然科学基金项目 (No. 990303-4)
**通讯作者　Tel:0471-6946216, E-m ail:q iao-chen@ sohu. com
收稿日期:2004-10-13, 修回日期:2004-12-01
Study on G lycolic Acid Oxidase (GO) ofSpiru lina (Arthrospira)*
WANG Zhi-Zhong　GONG Dong-Hui　LIU Hua　QIAO Chen**
(Departm en t of Agronomy, InnerMongolia Agricu ltura lUn iversity, Huhehao te 010019)
Ab stract:A comparative study on the glycolic acid oxidase(GO) of the domest ic Spiru lina (Arthrosp ira) pla t-
ensis (S1) from alkaline lake in E rdos P lateau and the im ported S. (A.) p latensis(S2) andS. (A.)maxima
(S3) as we ll is made w ith colorim etric m ethod. The resu lts show that activ ity ofGO (25℃, pH 8.0) of S1 , S2
and S3 is 70.9U /gFW , 59.6 U /gFW and 80.9 U /gFW respectively;the GOs op tim um temperature of S1、 S2
and S3 is 30℃;th e GOs opt imum pH value of S1 is 8.6, while that of S2 8.2 and that of S3 8.4;the GO o fS1
is s tab le from 0℃ to 35℃ and from pH 7.6 to pH 10.0, while that of S2 from 0℃ to 30℃ and from pH 8.0 to
pH 9.0 and that of S3 from 0℃ to 35℃ and from pH 8.0 to pH 8.6. Adaptive range of S1 GO for temperatu re
and pH isw ider, and activity at low and h igh temperature and under strong acidand alkali condit ion s is h igher
than that of the im ported species.
K ey words:Sp irulina (Arthrospira), G lyco lic acid oxidase (GO), Enzym e k inet ics, A lkaline lake in E rdos
p lateau
乙醇酸氧化酶 (G lycolic ac id ox idase, 简写 GO) (EC 1.1.3.15)广泛存在于光合
生物中 , 是光呼吸代谢中的关键酶 [ 1] , 其活性高低与光呼吸强弱呈正相关。研究证明
光呼吸释放的 CO2约占 C3植物净光合速率所同化 CO2的 20 % ～ 50 %[ 2] , 这对植物的
生长和干物质积累都有很大的影响 。因此 , 研究乙醇酸氧化酶无论是筛选低光呼吸品
种 , 还是调控光呼吸代谢均具有重要意义 。
螺旋藻是一类光合放氧的丝状蓝藻 , 属于 C3植物。其富含优质蛋白 (60 % ～
70%)和多种生物活性物质 , 是人们广泛接受的功能性食品之一 [ 3] 。目前 , 有关螺旋
藻生长和光合作用等研究较多 , 但酶的研究相对较少 , 特别是有关 GO的研究未见报
68 微 生 物 学 通 报　　　　　　　　　　　　2005年 32 (4)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牬
道 。本文以鄂尔多斯高原碱湖的钝顶螺旋藻与国外引进种为材料 , 对其乙醇酸氧化酶
进行了比较研究 , 一则丰富该地区螺旋藻种质资源的基础研究;二则为已初具规模的
鄂尔多斯高原螺旋藻产业筛选低光呼吸品种提供理论依据。
1　材料与方法
1.1　材料
实验材料见表 1。
表 1　实验材料一览表
样品 物种 产地 (来源)
S
1 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)
S
3 极大螺旋藻 墨西哥 S osa Texcoco湖
S. (A.) maxima (南京大学生物科学与技术系)
　　　　　注:下文对应样品以此表为准
1.2　方法
1.2.1　藻的培养:采用 Zarrouk培养液 [ 4]在室温自然光照下通气培养 。
1.2.2　粗酶液制备:准确称取处于对数生长期新鲜藻 3 g, 置于预冷研钵中 , 加入少
许 pH 8.0的磷酸缓冲液及石英砂 , 在冰浴中研磨成匀浆 , 离心 5m in (3,500 r /m in),
取上清液定容至 20 mL备用 。
1.2.3　GO活性测定:采用比色法[ 5] , 略有改动。以△0.01 A620 /m in所需的酶量定义
为一个酶活力单位 (U)。
1.2.4　温度对 GO影响:在 0℃ ～ 96℃和 pH 8.0的 0.1mo l /L的磷酸缓冲液条件下分
别测定酶活性 , 绘制酶活性 -温度曲线;将酶液在上述各温度条件下保温 15 m in, 后
在 25℃下测定酶活性 , 绘制酶稳定性 -温度曲线 。每个处理重复 3次。
1.2.5　pH值对 GO影响:在 pH 2.6 ～ 12.0范围内分别测定酶活性 , pH 2.6 ～ 7.0
用柠檬酸-磷酸缓冲液 , pH 7.6 ～ 9.0用硼酸-硼砂缓冲液 , pH 10.0 ～ 12.0用磷酸氢
二钠和 N aOH调配成的 , 绘制酶活性 - pH值曲线 。将酶液在各相应的 pH条件下保温
15 m in, 在 25℃时测定酶活性 , 绘制酶稳定性-pH曲线 。每个处理重复 3次 。
2　结果与分析
2.1　螺旋藻 GO活性
在 25℃、 pH 8.0时 , So sa Texcoco湖的极大螺旋藻 (S3) GO活性 (80.9 U /gFW )
最高 , 鄂尔多斯高原碱湖的钝顶螺旋藻 (S1)活性 (70.9U /gFW )居中 , Chad湖的钝
顶螺旋藻 (S2)活性 (59.6 U /gFW)最低 , 且钝顶螺旋藻 (S1 、 S2) GO活性均低于
极大螺旋藻 。
2.2　温度对螺旋藻 GO的影响
温度对螺旋藻 GO活性的影响见图 1。螺旋藻 GO活性呈钟形曲线 , 最适温度为
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30℃, 此时 S1 、 S2和 S3的 GO活性分别为 81.5 U /gFW 、 67.5 U /gFW 和 98.5 U /gFW。
在 0℃和 96℃下 , 鄂尔多斯高原碱湖的钝顶螺旋藻 S1的 GO活性均高于引进种 , 说明其
对低温和高温的忍受能力最强 (表 2)。
温度对螺旋藻 GO稳定性的影响见图 2。鄂尔多斯高原碱湖的钝顶螺旋藻 S1和 Sosa
Texcoco湖的极大螺旋藻 S3的 GO在 0℃ ～ 35℃范围内比较稳定 , Chad湖的钝顶螺旋藻
S2的 GO在 0℃ ～ 30℃比较稳定 , S1和 S3的 GO热稳定范围比 S2宽 5℃。在温度稳定性
范围内 , GO活性高低排列顺序为 S3 >S1 >S2;当温度超过 35℃ (或 30℃)以后 , GO
稳定性均明显下降 , 在 3个样品中 S2的 GO稳定性最差。在 96℃下 , 3个样品 GO稳定
性均下降到最低 , 但 S1比引进种的略好。
图 1　螺旋藻 GO温度曲线
　—●—— S1 , —○— S2 , —▲—— S3
图 2　螺旋藻 GO热稳定性曲线
　—●—— S1 , —○— S2 , —▲—— S3
表 2　在极端和最适的温度 、 pH值下螺旋藻 GO活性的比较
S1 S2 S3
活性
(U /gFW)
最大
活性%
活性
(U /gFW)
最大
活性%
活性
(U /gFW)
最大
活性%
S1 /S2 S1 /S3
0 20. 0 31.2 16. 6 18. 8 12.0 17. 1 1. 2 1. 1
温度 (℃) 30 64. 0 - 88. 5 - 70 - 0. 7 0. 9
96 17. 0 26.6 10. 0 11. 3 4. 0 5. 7 1. 7 4. 3
2. 6 5. 0 7.1 1. 2 2. 0 3. 5 4. 3 4. 2 1. 4
pH 最适 70. 9 - 60. 0 - 80.6 - 1. 2 0. 9
11. 0 11. 1 15.7 5. 4 9. 0 9. 9 12. 3 2. 1 1. 1
注: S1 / S2和 S1 / S3是指酶活性之比
2.3　pH值对 GO活性的影响
螺旋藻 GO活性随 pH值的变化见图 3。3个样品 GO的最适 pH值在 8.2 ～ 8.6之
间 , 其中 S1为 8.6, 活性为 70.9 U /gFW;S2为 8.2, 活性为 60.2 U /gFW;S3为 8.4, 活
性为 80.6 U /gFW 。当 pH≥9.0时 , S1的 GO活性均比引进种的高 (表 2), 说明鄂尔多
斯高原碱湖的钝顶螺旋藻 GO比引进种有较强耐碱性。在 pH 2.6和 pH 12.0时 , 螺旋
藻 GO活性均很低 , 甚至有的已失活。
螺旋藻 GO的 pH值稳定性见图 4。 3个样品的 pH值稳定性曲线均呈不等腰梯形 ,
稳定范围不尽相同 , S1在 pH 7.6 ～ 10.0;S2在 pH 8.0 ～ 9.0;S3在 pH 8.0 ～ 8.6。鄂
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尔多斯高原钝顶螺旋藻 S1GO的 pH稳定范围最宽 , Chad湖的钝顶螺旋藻 S2次之 , Sosa
Texcoco湖的极大螺旋藻 S3最窄 。在稳定范围内 , GO活性强弱排列为 S3 >S1 >S2。
图 3　螺旋藻 GO活性 pH曲线
　—●—— S1 , —○— S2 , —▲—— S3
图 4　螺旋藻 GO活性 pH稳定性曲线
　—●—— S1 , —○— S2 , —▲—— S3
3　讨论
从总体上看 , Chad湖的钝顶螺旋藻 GO的活性最低 , 鄂尔多斯高原碱湖的钝顶螺
旋藻居中 , Sosa Texcoco湖的极大螺旋藻最高。我们在培养液温度 22.8℃ ～ 25.0℃、 光
强 31 ～ 233 μmol /m2 s下 , Chad湖的钝顶螺旋藻净光合速率最高 , 鄂尔多斯高原碱湖
的钝顶螺旋藻次之 , Sosa Texcoco湖的极大螺旋藻最低 (待发表 )。由此看出 , 螺旋藻
GO活性与净光合速率存在负相关。但 GO活性对螺旋藻光呼吸 、净光合速率及产量的
影响程度仍有待于进一步研究 。
鄂尔多斯高原碱湖的钝顶螺旋藻 GO对 pH值适应范围较引进种的宽;在强碱下的
活性也较高 , 这与其所处环境有关 。鄂尔多斯高原位于世界盐碱湖带上 , 其盐碱湖面
积小 , 湖表卤水的水位 、 矿化度和化学成分受地质条件 、 大气降水 、 风力和蒸发作用
等自然因素的影响[ 6] 。该地区年降水量为 250 ～ 360mm;年蒸发量为 2470mm ～ 2691
mm , 蒸发量是降水量的 7 ～ 11倍;风多风大 , 年平均风速 3.5 m / s, 最大风速 28m
/ s, 扬沙日数 40 ～ 50 d / a, 沙暴日数 12 ～ 16 d / a[ 7] 。碱湖多数年份有湖表卤水 ,
但当气候连续干旱时 , 也会出现干涸 。所以受当地地质和气候条件的影响 , 湖水的 pH
值高且波动比较大。在这样碱湖中生存的螺旋藻经过长期的自然选择 , 表现出对 pH值
变化范围宽和高 pH环境的适应性 。
致谢　引进的钝顶螺旋藻和极大螺旋藻由曾昭琪教授惠赠 , 特此致谢 。
参 考 文 献
[ 1] 王炜军 , 彭新湘 , 李明启 .华南农业大学学报 , 1999, 20 (3):117 ～ 122.
[ 2] 孟繁静 , 刘道宏 , 苏业瑜 .植物生理生化 .北京:中国农业出版社 , 1999. 171.
[ 3] 汪志平 , 钱凯先 .微生物学通报 , 2000, 27 (4):288 ～ 291.
[ 4] Zarrouk C. PhD Th es is University ofParisF rance, 1966, 74 .
[ 5] 张志良 .植物生理学实验指导 (第二版) .北京:高等教育出版社 , 1990. 126 ～ 129.
[ 6] 郑喜玉 , 张明刚 , 董继和 , 等 .内蒙古盐湖 .北京:科学出版社 , 1992. 137.
[ 7] 《伊克昭盟农业区划》编辑委员会 .伊克昭盟农业区划 .呼和浩特:内蒙古人民出版社 , 1990. 9 ～ 105.
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