雨生红球藻（Haematococcus

雨生红球藻（Haematococcus 雨生红球藻(Haematococcus 第26卷第3期 2007年6月 生态 Ecolo~ical 科学 Science 26(3):215-219 Jun.2007 雨生红球藻(Haematococcuspluvialis)的光谱特性 研究 吴珊珊,徐宁,李爱芬,张成武,段舜山 暨南大学水生生物研究中心,广东,广州510632 【摘要】实验测定了雨生红球藻不同生长阶段的色素组成,吸收光谱,荧光光谱,并对其进行了分析.结果表明,用 490nm波长激发时,雨生红球藻在绿色细胞阶段存在710nm和730nm附近的长波长荧光发射峰,而在红色细胞阶段仅 存在730nm的长波长荧光发射峰,预示着雨生红球藻不同生长阶段在PSI结构,组成,及其色素蛋白的排布等方面有 很大差异. 关键词:雨生红球藻;光谱特性;绿色细胞;红色孢子 中图分类号:X171文献标识码:A文章编 号:1008—8873(2007)03—215—05 ThestudyofspectrumcharacteristicofHaematococcuspluvialis WU,DUANShun WUShan—shan,XUNing,LIAi—fen’,ZHANGChen— —shan Instituteofhydrobiology,JinanUniversity,Guangzhou51063ZChina Abstract:Thepigmentcomposition,theabsorptionandfluorescencespectraofHaematococcusindifferentgrowthphaseswas measuredinthisstudy.Theresultshowedthatthewavelengthisexcitatedat490nm,twofluorescenceemissionat710nmand 730nminthestageofgreencellswereobserved,whileinthestageofredcells,afluorescenceemissiononlyat730nmwas observed.TheresultssuggestedtherearesignificantdifferencesinPSIstructure,constituteanddistributionofchromoproteinin differentstageofHaematococcus. Keywords:Haematococcuspluvial~;spectrumcharacteristic;greencell;redsporule 收稿日期:2007—03.08收稿,2007.06.20接受 基金项目:珠海市重大科技项目”雨生血球藻中试规模生产及其虾菁 素的深度开发利用” 作者简介:吴珊珊(1984一),女,硕士,主要从事藻类生理生化研研 究.E-mail:tusizi533@sohu.tom 通讯作者: 2l6生态科学EcologicalScience26卷 1前言(Introduction) 研究己知高等植物的77K活体荧光光谱中都有 明显的位于730~735nm长波荧光发射峰,此峰是 高等植物光系统I(PSI1的主要表征【lJ.研究表明, 藻类在光系统结构组成和能量传递特性等方面具有 多样性.已有的研究结果证实,绿藻中海洋管藻目, 丝藻目和石莼目的某些种类都缺少高等植物的长波 荧光峰[2,1,许多单细胞绿藻也都缺少高等植物的 长波荧光峰,而在714nm附近有肩峰.藻类的这 种荧光特异性表明PSI的结构与高等植物明显 不同. 雨生红球藻在分类学上属于绿藻门 (Chlorophata)绿藻纲(Chlorophyceae),团藻目 (Volvocales),红球藻科(Haematococceae),红球藻 属(Haematococcus),是一种生活在淡水中的单细胞 绿藻.雨生红球藻的生活周期包括游动的绿色光合 细胞和不动的红色孢子两个阶段.红色孢子时期细 胞内积累大量的虾青素【5].分别对雨生红球藻的绿色 细胞和红色孢子的光谱特性进行了比较,以期从雨 生红球藻不同生长阶段荧光特性中研究其PSI的结 构是否存在差异. 2材料与(Materialsandmethods) 2.1材料 雨生红球藻(HaematococcuspluvialisCG--11) 为暨南大学水生生物研究中心3l6实验室保藏. 2.2叶绿素a,b含量测定 叶绿素含量的测定采用Lichtenthaler等改进 mrnon的方法进行f刚.用三个平行组进行测定,数 据取其平均值. 2.3类胡萝卜素含量测定 类胡萝卜素含量的测定采用Lichtenthaler等改 进Amon的方法进行们.用三个平行组进行测定, 数据取其平均值. 2.4常温吸收光谱测定 采用UV-2450紫外可见双波长双光束自动记录分 光光度计测雨生红球藻不同生长阶段室温丙酮提取液 吸收光谱,狭缝宽度2nm,扫描速度200nm?min,. 2.5低温荧光光谱测定 采用F一4500荧光分光光度计,在液氮温度 (77K)下,测定雨生红球藻不同生长阶段低温荧 光光谱,狭缝宽度2nm,扫描速度240nm?min,. 激发波长分别为436nm,465nm,490nm.发射波 长分别为682nm,693nm,7l2nm,729nm. 3结果与分析(Resultsandanalysis) 3.1雨生红球藻不同生长阶段色素含量 雨生红球藻不同生长阶段叶绿素a,b,类胡萝 卜素的含量见表1. 裹1不同生长阶段叶绿素a,b,类胡萝卜素的含量 Tab.1contentofchla,chlbandchlkindifferentstage 项目Item 绿色细胞阶段(stage红色细胞阶段(stage ofgreencel1)ofredcel1) 由于雨生红球藻在红色细胞阶段细胞壁增厚, 所以色素提取不完全,导致测得的色素含量较低, 但仍可从色素之间的比值看出两个细胞阶段的色素 组成变化.在绿色细胞阶段,叶绿素a/b值为2.68, 与其他淡水绿藻相似I7J.叶绿素a,b含量总和与类 胡萝卜含量比值为4.25.而在红色细胞阶段叶绿素 a/b值为0.84,相对与绿色细胞阶段叶绿素b比例明 显提高,与海洋绿藻类似.红色细胞阶段a,b含量 总和与类胡萝卜素含量比值为1.98,与绿色细胞阶 段相比类胡萝卜素比例显着增多. 3.2雨生红球藻不同生长阶段的吸收光谱 雨生红球藻不同生长阶段丙酮色素提取液吸收 光谱见图1. 从该吸收图谱可以看出雨生红球藻绿色细胞阶 段存在四个吸收蜂,其中436nm,619nm和665nm 的吸收峰来自叶绿素a,461nm的吸收蜂来自叶绿 3期吴珊珊,等:雨生红球藻(Haematococcuspluvialis)的光谱特壅1 06 >, 星 墨 垛 詈 400500600700 波长Wavelength(nm) 0.8 波长Wavelength(nm) 1.缀色细胞IGreencell2.红色细胞IRedcell后田相同thesameas belowFiB.一 图3雨生红球藻不同生长阶段荧光发射光谱(激发波长 图l雨生红球藻不同生长阶段丙酮色素提取液的吸收光谱465am) Fig.1TheabsorptionspectraofHaematococcuspluvialisinFig.3Fluorescen ceemissionspectraofHaematococcus differentstagepluvialisindifferentstage(excitationwavelength465nm) 素b.红色细胞阶段仅存在两个峰,其中463rim 的吸收蜂来自叶绿素b,663am的吸收峰来自叶 绿素a. 3.3雨生红球藻不同生长阶段的77K荧光发射光谱 在77K条件下,参照丙酮提取液吸收光 谱和色素含量的测定结果,用叶绿素a,叶绿 素b,类胡萝卜素的吸收峰436am,465am, 490nlTl激发,测定了雨生红球藻绿色生长阶段 和红色生长阶段的荧光发射光谱(图2,图3, 4) 波长Wavelength(nm) 图2雨生红球藻不同生长阶段荧光发射光谱(激发波长 436 Fig.2FluorescenceemissionspectraofHaematococcus pluvialisindifferentstage(excitationwavelength436nm) 以436am作为激发波长,测定绿色细胞阶段 和红色细胞阶段荧光发射光谱,可见发射峰相似, 均有三个发射峰,682am,693am附近的荧光峰来 自PSII的内周天线,710am附近的荧光峰,来自 PSI. 以465am作为激发波长,测定绿色细胞阶 段和红色细胞阶段荧光发射光谱,可见发射峰相 似,均有三个发射峰,683am,693am的荧光峰 来自PSII的内周天线,712am的荧光峰,来自 PSI. 杂. 越吕 8 墨 茛呈1.5 6506706907l0730750 波长Wavelength(nm) 图4雨生红球藻不同生长阶段荧光发射光谱(激发波长 490nm) Fig.4FluorescenceemissionspectraofHaematococcus pluvialisindifferentstage(excitationwavelength490nm) I10Is?一骞0II0?.10ll一I. 茛罂 2l8生态科学26卷 以490nm作为激发波长,测定绿色细胞阶段 和红色细胞阶段荧光发射光谱,可见发射峰有所不 同,红色细胞阶段有三个发射峰,683nm,696nm 的荧光峰来自PSII的内周天线,728nm的荧光峰, 来自PSI.绿色细胞阶段有四个发射峰,682nm, 693nm的荧光峰来自PSII的内周天线,711nm和 729nm的荧光峰,来自PSI.在绿色细胞阶段出 现710nm的肩峰,说明能量没有完全传递给PSI, 而是部分以长波荧光的形式耗散. 对比分别由436nm,465nm,490nm激发得 到的发射光谱,可见用436nm,465nm激发时, 能量由PSII传递到PSI,均在711nm附近出现峰 位,而用490nm激发时,能量由PSII传递到PSI, 在729nm附近出现主峰位,其中在绿色细胞阶段 时还出现一个710nm的肩峰.预测可能是雨生红 球藻不同生长阶段在PSI结构,组成,及其蛋白与 色素的排布等方面有很大差异. 3.4雨生红球藻不同生长阶段的77K荧光激发光谱 在77K条件下,依据荧光发射光谱的结果,采 用682nm,693nm,712nm,729nm荧光发射峰 作为激发波长,测雨生红球藻的激发光谱(图5, 图6,图7,图8). 以682nm为发射波长,测定红色细胞阶段和 绿色细胞阶段的激发光谱基本相同,均有5个峰, 分别为435nm来源于叶绿素a,460nm附近来源 于叶绿素b,480nm,488nm,499nm来源于类胡 萝卜素,从激发光谱可以看出类胡萝卜素,叶绿素 b,叶绿素a能量偶联. l罟宝’2 岛蓍莨矗 号 40045050055O 波长Wavelength(nm) 圈5雨生红球藻不同生长阶段激发光蕾(发射波长682腿) F嘻5FluorescenceexcitationspectraofHaematococcus pluvialisindifferentstage(emissionwavelength682nm) 口 宝 岛 茛 焉 波长Wavelength(nm1 圈6雨生红球藻不同生长阶段激发光蕾(发射波长693腿) Fig.6FluorescenceexcitationspectraofHaematocoecus pluvialisindifferentstage(emissionwavelength693nm) 2 400450500550 波长Wavelength(nm) 圈7雨生红球藻不同生长阶段激发光蕾(发射波长712腿) F-g.7FluorescenceexcitationspectraofHaematococcus pluvialisindifferentstage(emissionwavelength712nm) 以693nm为发射波长,测定红色细胞阶段和 绿色细胞阶段的激发光谱基本相同,均有4个峰, 480nm,488nm来源与类胡萝卜素,460nm附近 来源与叶绿素b,434nm附近来源与叶绿素a.从 激发光谱可以看出类胡萝卜素,叶绿素b,叶绿素a 能量偶联. 以712nm为发射波长,测定红色细胞阶段和 绿色细胞阶段的激发光谱基本相同,均有4个峰, 分别为445nm来源于叶绿素a,460nm附近来源 于叶绿素b,479nm,489nm来源于类胡萝卜素, 从激发光谱可以看出类胡萝卜素,叶绿素b,叶绿 素a能量偶联. I10ls册一IIIoo0口o0确o.IoIIUoAI苗一. 莨罂 3期吴珊珊,等:雨生红球藻(Haematococcuspluvialis)的光谱特性研究 219 警2霎;童 墓 靛8 罂号. 波长Wavelength(rim) 550 图8雨生红球藻不同生长阶段激发光谱(发射波长729rm) Fig.8FluorescenceexcitationspectraofHaematococcus pluvialisindifferentstage(emissionwavelength729rim) 以729am为发射波长,测定红色细胞阶段和 绿色细胞阶段的激发光谱基本相同,均有4个峰, 分别为445am附近来源于叶绿素a,460am附近来 源于叶绿素b,480am,490am来源于类胡萝卜素, 从激发光谱可以看出类胡萝卜素,叶绿素b,叶绿 素a能量偶联. 在发射波长为682am,693am,712am,729am 的激发光谱中都存在来源于类胡萝卜素,叶绿素b, 叶绿素a的峰位,表明各种色素之间保持着良好的 能量传递,类胡萝卜素,叶绿素b都可将吸收的光 能传递给叶绿素a. 4讨论(Discussion) 雨生红球藻进入红色孢子阶段,叶绿素a,b 比例迅速减少,类胡萝卜素比例大量增加,预测其 不同生长阶段在光系统中色素蛋白的组成,结构, 排布上会存在差异.类胡萝卜素并不增加用于光合 作用的光能吸收,相反可能起屏障性过滤光线,保 护细胞生存的作用【9】.色素的这种变化使红色细胞 吸收光能的能力下降,但它仍能象光合作用活跃的 绿色细胞一样行使其功能,光合作用复合体保持相 对稳定们. 77K荧光光谱的测定结果表明,雨生红球藻在绿 色细胞阶段仅含有与高等植物类似的PSI730am 附近的荧光特征峰.但在红色细胞阶段不仅存在高 等植物PSI的730am附近的荧光特征峰,还存在 710am的荧光发射肩峰,与其他低等绿藻有所相 似.由此可以推测雨生红球藻不同生长阶段的PSI 结构,组成,及其蛋白与色素的排布等方面有很大 差异. 为了深入研究这些问题,准备对雨生红球藻不 同阶段的光合放氧及PSI复合物,色素蛋白复合 物进行分离和分析,结果将另文报导. 参考文献(References) I1lKuangTArgyroudi-AkoyunoglouJH,NakatamiH eta1.1984.Theoriginofthelongwavelength fluorescenceemissionbond(77K)fromphotosystemI[J]. 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