氧自由基在三孢布拉氏霉菌代謝番茄紅素過(guò)程中的作用機(jī)制.pdf

1、活性氧是微生物細(xì)胞在正常代謝過(guò)程中產(chǎn)生的一類化學(xué)性質(zhì)及其活潑的基團(tuán)分子，主要包括超氧自由基(O2-)、過(guò)氧化氫(H2O2)和羥基自由基(OH)。當(dāng)其產(chǎn)生速度超過(guò)細(xì)胞抗氧化物防御系統(tǒng)的清除能力時(shí)，活性氧就會(huì)攻擊細(xì)胞成分引發(fā)一系列毒性效應(yīng)，造成對(duì)細(xì)胞的“氧化脅迫”作用。微生物為了生存必然對(duì)這種脅迫做出應(yīng)答或應(yīng)激相應(yīng)，通過(guò)自身的抗氧化防御系統(tǒng)降低活性氧的危害，從而表現(xiàn)為不同的生物學(xué)效應(yīng)。在微生物對(duì)活性氧脅迫的應(yīng)激過(guò)程中，抗氧化物酶活性的變化能

2、直接反映細(xì)胞對(duì)脅迫應(yīng)答水平的指標(biāo)。研究微生物對(duì)活性氧脅迫的應(yīng)答機(jī)制將有助于人們了解氧自由基在微生物體內(nèi)代謝的原理。
　　 本文以β-胡蘿卜素(β-carotene)和番茄紅素(lycopene)的高產(chǎn)菌株三孢布拉氏霉菌(Blakeslea trispora)為研究菌株，以其胞內(nèi)重要的抗氧化物酶--過(guò)氧化氫酶(CAT)為主要目標(biāo)酶，利用不同的活性氧發(fā)生源研究不同活性氧單獨(dú)脅迫(H2O2)、不同協(xié)同方式（瞬間和持續(xù)）脅迫下Blake

3、slea trispora以CAT合成為特征的應(yīng)激響應(yīng)，及其在氧脅迫下生成次級(jí)代謝產(chǎn)物番茄紅素產(chǎn)量的變化情況。在此基礎(chǔ)上，深入探討CAT在B.trispora抵抗活性氧脅迫和各種環(huán)境壓力脅迫中的關(guān)鍵作用。
　　 論文內(nèi)容主要包括以下幾方面：
　　 (1)為了獲得適宜的脅迫環(huán)境，首先研究了影響CAT合成的營(yíng)養(yǎng)條件和環(huán)境條件，以及菌體代謝產(chǎn)生番茄紅素的適宜條件。結(jié)果表明，有利于CAT合成的最優(yōu)培養(yǎng)機(jī)組成為(g.L-1)：玉米

4、淀粉40，大豆餅粉70，KH2PO41.5，MgSO40.2，有利于番茄紅素合成的最優(yōu)培養(yǎng)機(jī)組成為(g.L-1)：玉米淀粉40，大豆餅粉50，KH2PO41.5，MgSO40.2。有利于CAT較適宜的環(huán)境條件組合為：初始pH為6.5，最佳溫度29℃，搖瓶最佳裝液量為80ml/500ml。
　　 (2)在搖瓶中采用一次性添加H2O2的方法研究H2O2瞬時(shí)刺激對(duì)CAT合成的影響，結(jié)果表明，初始添加H2O2,CAT活性較高，隨著H2O

5、2濃度的增加，CAT活性迅速降低。但是低濃度的H2O2卻能刺激B.trispora細(xì)胞生長(zhǎng)。番茄紅素的產(chǎn)量隨H2O2在一定濃度范圍內(nèi)有所增加。研究表明，在B.trispora發(fā)酵生長(zhǎng)36小時(shí)添加75μmol/LH2O2，可以產(chǎn)生較多的番茄紅素，此時(shí)CAT合成能力較低。
　　 (3)采用流加H2O2的方式考察H2O2持續(xù)脅迫下B.trispora細(xì)胞番茄紅素和CAT合成的應(yīng)激響應(yīng)，結(jié)果表明，H2O2的脅迫程度直接影響著CAT的合成

6、，而CAT的合成水平又決定了菌體代謝產(chǎn)生番茄紅素的能力。在研究多次添加H2O2對(duì)菌體的影響作用時(shí)（每次添加50μmol·L-1），當(dāng)在48和60小時(shí)添加H2O2,CAT活性達(dá)450U/g·min，較對(duì)照提高了28.9％。在考察H2O2總濃度不變、添加次數(shù)對(duì)菌體的影響時(shí)（總濃度為150μmol·L-1），隨著添加次數(shù)的增加，CAT合成能力隨之提高，在24、36、48、60、72小時(shí)分五次添加H2O2時(shí)CAT合成量達(dá)到最大值(580.8U/

7、g·min)，比對(duì)照提高了97.4％；而在24、36、48小時(shí)添加H2O2菌體生成的產(chǎn)物番茄紅素最多(278.4mg·L-1)，比對(duì)照提高了24.5％。
　　 (4)CAT合成是B.trispora固有的性質(zhì)，在B.trispora生長(zhǎng)和代謝過(guò)程中起著某種保護(hù)作用。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)的氧自由基在CAT能夠承受的范圍內(nèi)時(shí)，菌體正常生長(zhǎng)；當(dāng)氧自由基大量形成而消耗了過(guò)多的CAT，細(xì)胞受到激發(fā)，刺激自身產(chǎn)生較多的番茄紅素以猝滅過(guò)多的氧自由基，保證

8、細(xì)胞能夠正常渡過(guò)不利時(shí)期。但是，在更多氧自由基生成，以致菌體CAT合成和次級(jí)產(chǎn)物形成也不能猝滅這些過(guò)多的自由基時(shí)，菌體就趨向自溶甚至凋亡。
　　 (5)外源H2O2脅迫對(duì)CAT合成的影響主要取決于H2O2脅迫的程度(H2O2濃度)和脅迫方式（瞬時(shí)刺激或者持續(xù)刺激）。一般來(lái)說(shuō)，低濃度的H2O2能夠誘導(dǎo)CAT合成，合成的CAT立即分解H2O2，以消除H2O2對(duì)細(xì)胞的繼續(xù)毒害作用，同時(shí)提高細(xì)胞對(duì)氧自由基的抵抗能力。但當(dāng)H2O2濃度超過(guò)