紫葉李膠理化性質(zhì)及其對(duì)小球藻生長(zhǎng)的影響

唐紅楓，湯云峰，宋玉凱，嚴(yán)一平，貝斯康，曾 穎，黃 艷

(武漢東湖學(xué)院生命科學(xué)與化學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430212)

桃膠是由薔薇科植物桃或山桃的樹(shù)皮分泌的，在食品工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)、化學(xué)工業(yè)等都有著一定的應(yīng)用價(jià)值[1-2]。目前對(duì)桃膠的研究主要集中在加工工藝及桃膠多糖等方面，關(guān)于不同種類桃膠的研究與開(kāi)發(fā)較少。我國(guó)桃膠資源十分豐富，但大部分桃膠沒(méi)有得到有效利用，并且由于桃膠的產(chǎn)生會(huì)影響桃樹(shù)果實(shí)質(zhì)量，所以在桃樹(shù)的種植中盡可能避免桃膠的產(chǎn)生[3-4]。因此，有必要開(kāi)發(fā)新品種桃膠并加以充分利用。紫葉李膠是由裝飾樹(shù)種紫葉李的樹(shù)干分泌的，與常見(jiàn)的桃膠產(chǎn)生方式完全相同，因此紫葉李膠也屬于桃膠中的一種[5]。鑒于此，作者選取紫葉李產(chǎn)生的紫葉李膠作為研究材料，比較紫葉李膠與市售桃膠在理化性質(zhì)方面的差異，探究紫葉李膠對(duì)重金屬脅迫下小球藻生長(zhǎng)的影響，為后期紫葉李膠的開(kāi)發(fā)應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料

紫葉李膠、襄陽(yáng)紫血桃膠、昆明山桃膠、麗水水蜜桃膠等4種膠樣，40 ℃烘干至恒重，粉碎，過(guò)100目篩，備用。

1.2 紫葉李膠與市售桃膠的理化性質(zhì)測(cè)定

1.2.1 可溶性蛋白質(zhì)含量及溶解度的測(cè)定

稱取0.1 g膠粉，加入20 mL 60 ℃ ddH2O，超聲(100 W，60 ℃)30 min使之溶解，6 000 r·min-1離心10 min，取上清液，測(cè)定可溶性蛋白質(zhì)含量。將沉淀和離心管放入烘箱烘干，稱量沉淀和離心管(不帶蓋)的總質(zhì)量，記為m1；洗凈離心管后稱量空管(不帶蓋)質(zhì)量，記為m2，按式(1)計(jì)算溶解度[g·(100 mL)-1]：

(1)

1.2.2 可溶性多糖含量的測(cè)定

按1.2.1方法取膠粉溶解、離心，取上清液，采用苯酚-硫酸法測(cè)定可溶性多糖含量。

1.2.3 黏度的測(cè)定

按1.2.1方法取膠粉溶解、離心，取上清液，置于25 ℃恒溫水浴中使用黏度計(jì)測(cè)定多次，取平均值，按式(2)計(jì)算黏度(η，mPa·s)：

η=(tη0)/t0

(2)

式中：t、t0分別為膠液、純?nèi)軇┑牧鞒鰰r(shí)間，s；η0為純?nèi)軇┑酿ざ?，mPa·s。

1.2.4 溶脹度的測(cè)定

稱取0.2 g膠粉2份；向50 mL燒杯中加入10 mL 60 ℃溫水，邊攪拌邊加入膠粉，然后將燒杯中的膠液轉(zhuǎn)入離心管中，并用10 mL 水沖洗燒杯倒入離心管，搖勻，浸泡2 d，中途換一次水。溶脹完畢前加入水的體積記為V1，溶脹完畢后記錄離心管中的液面高度，將上清液倒入量筒中記錄體積，記為V2，按式(3)計(jì)算溶脹度(ESR)：

(3)

式中：ms為溶脹平衡后桃膠的質(zhì)量，g；md為桃膠干重，g；ρ水為水的密度,mg·mL-1。

1.3 紫葉李膠對(duì)小球藻生長(zhǎng)的影響

1.3.1 含紫葉李膠培養(yǎng)基的制備

稱取20 g紫葉李膠膠粉溶入1 L BG11培養(yǎng)基中，靜置1 d后取上清，得到紫葉李膠膠液。分別取BG11培養(yǎng)基和紫葉李膠膠液，按表1比例配制含有紫葉李膠的培養(yǎng)基[6]，每組設(shè)置3個(gè)平行，以不加紫葉李膠膠液的培養(yǎng)基為空白對(duì)照，滅菌備用。

表1 含紫葉李膠培養(yǎng)基的配制比例

1.3.2 小球藻的培養(yǎng)

以10%的接種量將小球藻接種至培養(yǎng)基中，用無(wú)菌濾膜封口，于溫度25 ℃、光照強(qiáng)度6 000 Lx[7]、光暗比12 h∶12 h[8]條件下培養(yǎng)6 d，每天定時(shí)搖勻3次，測(cè)定吸光度(A680值)及蛋白質(zhì)含量。

1.3.3 蛋白質(zhì)含量的測(cè)定

取10 mL培養(yǎng)液，3 000 r·min-1離心10 min，棄上清，加入2 mL蒸餾水吹打均勻，冰浴冷卻下使用超聲波細(xì)胞破碎儀超聲(60%功率)破碎3 min，取1.5 mL細(xì)胞破碎液，6 000 r·min-1離心5 min，取1 mL上清，使用考馬斯亮藍(lán)G250法測(cè)定蛋白質(zhì)含量[9-11]。

1.4 紫葉李膠對(duì)銅離子脅迫下小球藻生長(zhǎng)的影響[12]

分別取BG11培養(yǎng)基、紫葉李膠膠粉、硫酸銅，按表2比例配制含有紫葉李膠和銅離子的培養(yǎng)基，每組設(shè)置3個(gè)平行，以不加硫酸銅為空白對(duì)照，滅菌備用。

表2 含紫葉李膠和銅離子培養(yǎng)基的配制比例

將含有紫葉李膠和銅離子的培養(yǎng)基滅菌后靜置1 d，取10 mL上清作為后續(xù)測(cè)定吸光度的空白對(duì)照。

小球藻的培養(yǎng)以及培養(yǎng)液吸光度、蛋白質(zhì)含量的測(cè)定同1.3方法。

2 結(jié)果與討論

2.1 紫葉李膠與市售桃膠的理化性質(zhì)(表3、圖1)

表3 紫葉李膠與3種市售桃膠的理化性質(zhì)

圖1 紫葉李膠與3種市售桃膠的理化性質(zhì)對(duì)比

由表3可知，襄陽(yáng)紫血桃膠、昆明山桃膠、麗水水蜜桃膠等3種桃膠的理化性質(zhì)相對(duì)比較均衡，而紫葉李膠的理化性質(zhì)的特征極為突出，溶解度大、可溶性多糖含量高、可溶性蛋白質(zhì)含量低、溶脹度小、黏度小。紫葉李膠中的多糖可能由大部分小分子多糖和小部分大分子多糖組成[13]，小分子多糖中的親水基團(tuán)更易與水結(jié)合，導(dǎo)致紫葉李膠溶解度大；大分子多糖相互交聯(lián)，但由于含量較少造成多糖分子鏈展開(kāi)后的吸水量少，導(dǎo)致紫葉李膠溶脹度小[14]。

2.2 紫葉李膠對(duì)小球藻生長(zhǎng)的影響

以10%的接種量將小球藻接種至含紫葉李膠培養(yǎng)基中，通過(guò)吸光度和蛋白質(zhì)含量的變化考察紫葉李膠對(duì)小球藻生長(zhǎng)的影響，結(jié)果如圖2所示。

由圖2可以看出，小球藻在含紫葉李膠培養(yǎng)基中培養(yǎng)，生長(zhǎng)增殖速度隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸加快，A680值逐漸升高，但培養(yǎng)5 d后，生長(zhǎng)增殖速度減慢，A680值升幅減緩，可能是由于小球藻的生長(zhǎng)達(dá)到了穩(wěn)定期。所以，根據(jù)前5 d的數(shù)據(jù)來(lái)分析紫葉李膠對(duì)小球藻生長(zhǎng)的影響?？瞻讓?duì)照組的小球藻生長(zhǎng)增殖速度及蛋白質(zhì)含量增速最慢，培養(yǎng)基3組的小球藻生長(zhǎng)增殖速度最快，培養(yǎng)基5組的蛋白質(zhì)含量增速最快。說(shuō)明紫葉李膠對(duì)小球藻的生長(zhǎng)增殖及蛋白質(zhì)合成都有明顯的促進(jìn)作用，當(dāng)紫葉李膠含量為12 g·L-1(培養(yǎng)基3)時(shí)，其對(duì)小球藻生長(zhǎng)增殖的促進(jìn)效果最顯著；當(dāng)紫葉李膠含量為20 g·L-1(培養(yǎng)基5)時(shí)，其對(duì)小球藻蛋白質(zhì)合成的促進(jìn)效果最顯著。

圖2 小球藻在含紫葉李膠培養(yǎng)基中生長(zhǎng)時(shí)的吸光度變化曲線(a)及蛋白質(zhì)含量變化曲線(b)

2.3 紫葉李膠對(duì)銅離子脅迫下小球藻生長(zhǎng)的影響

以10%的接種量將小球藻接種至含紫葉李膠和銅離子培養(yǎng)基中，通過(guò)吸光度和蛋白質(zhì)含量的變化考察紫葉李膠對(duì)銅離子脅迫下小球藻生長(zhǎng)的影響，結(jié)果如圖3所示。

由圖3a可以看出，銅離子對(duì)小球藻的生長(zhǎng)增殖在整體上有一定抑制效果。小球藻在僅含銅離子培養(yǎng)基(培養(yǎng)基6)中培養(yǎng)1～2 d時(shí)，出現(xiàn)了快速增殖的現(xiàn)象，這是由于，小球藻為了抵抗銅離子的脅迫通過(guò)大量增殖來(lái)對(duì)銅離子進(jìn)行富集，以降低銅離子的濃度；但當(dāng)銅離子濃度過(guò)高時(shí)，小球藻在進(jìn)行大量增殖后仍受到銅離子的脅迫，所以培養(yǎng)后期小球藻的生長(zhǎng)增殖速度仍不理想[15]。而在含銅離子培養(yǎng)基中添加紫葉李膠后，小球藻的生長(zhǎng)增殖速度明顯加快，其中培養(yǎng)基10組的小球藻的生長(zhǎng)增殖速度及蛋白質(zhì)含量增速最快。由于紫葉李膠是由大分子多糖相互交聯(lián)纏繞形成的半透明膠狀物質(zhì)，具有良好的吸附性，由此推測(cè)紫葉李膠降低小球藻在高濃度銅離子環(huán)境中受銅離子脅迫的影響可能是由于，紫葉李膠存在由大分子多糖相互交聯(lián)形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，能夠吸附銅離子[16-18]，從而達(dá)到降低銅離子濃度的效果，使小球藻能夠正常生長(zhǎng)增殖。

圖3 小球藻在含紫葉李膠和銅離子培養(yǎng)基中生長(zhǎng)時(shí)的吸光度變化曲線(a)及蛋白質(zhì)含量變化曲線(b)

3 結(jié)論

通過(guò)比較紫葉李膠與市售桃膠在理化性質(zhì)方面的差異，發(fā)現(xiàn)紫葉李膠是一種理化性質(zhì)極為特殊的桃膠，具有溶解度大、可溶性多糖含量高、可溶性蛋白質(zhì)含量低、溶脹度小、黏度小的特點(diǎn)，對(duì)小球藻的生長(zhǎng)增殖及蛋白質(zhì)合成都有著顯著的促進(jìn)作用，并且具有一定的抗逆作用，能夠在高濃度銅離子環(huán)境中解除銅離子的脅迫，使小球藻保持正常生長(zhǎng)。紫葉李膠具有一些與普通桃膠不同的理化性質(zhì)，可對(duì)其進(jìn)行深入研究或性質(zhì)改良，并推廣應(yīng)用，這也是開(kāi)發(fā)新品種桃膠的有效途徑。