紫葉李膠理化性質及其對小球藻生長的影響

唐紅楓，湯云峰，宋玉凱，嚴一平，貝斯康，曾 穎，黃 艷

(武漢東湖學院生命科學與化學學院，湖北 武漢 430212)

桃膠是由薔薇科植物桃或山桃的樹皮分泌的，在食品工業、醫藥工業、化學工業等都有著一定的應用價值[1-2]。目前對桃膠的研究主要集中在加工工藝及桃膠多糖等方面，關于不同種類桃膠的研究與開發較少。我國桃膠資源十分豐富，但大部分桃膠沒有得到有效利用，并且由于桃膠的產生會影響桃樹果實質量，所以在桃樹的種植中盡可能避免桃膠的產生[3-4]。因此，有必要開發新品種桃膠并加以充分利用。紫葉李膠是由裝飾樹種紫葉李的樹干分泌的，與常見的桃膠產生方式完全相同，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方面的差異，探究紫葉李膠對重金屬脅迫下小球藻生長的影響，為后期紫葉李膠的開發應用提供理論依據。

1 實驗

1.1 材料

紫葉李膠、襄陽紫血桃膠、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100目篩，備用。

1.2 紫葉李膠與市售桃膠的理化性質測定

1.2.1 可溶性蛋白質含量及溶解度的測定

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，測定可溶性蛋白質含量。將沉淀和離心管放入烘箱烘干，稱量沉淀和離心管(不帶蓋)的總質量，記為m1；洗凈離心管后稱量空管(不帶蓋)質量，記為m2，按式(1)計算溶解度[g·(100 mL)-1]：

(1)

1.2.2 可溶性多糖含量的測定

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

1.2.3 黏度的測定

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測定多次，取平均值，按式(2)計算黏度(η，mPa·s)：

η=(tη0)/t0

(2)

式中：t、t0分別為膠液、純溶劑的流出時間，s；η0為純溶劑的黏度，mPa·s。

1.2.4 溶脹度的測定

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)計算溶脹度(ESR)：

(3)

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

1.3 紫葉李膠對小球藻生長的影響

1.3.1 含紫葉李膠培養基的制備

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

表1 含紫葉李膠培養基的配制比例

1.3.2 小球藻的培養

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

1.3.3 蛋白質含量的測定

取10 mL培養液，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胞破碎儀超聲(60%功率)破碎3 min，取1.5 mL細胞破碎液，6 000 r·min-1離心5 min，取1 mL上清，使用考馬斯亮藍G250法測定蛋白質含量[9-11]。

1.4 紫葉李膠對銅離子脅迫下小球藻生長的影響[12]

分別取BG11培養基、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基，每組設置3個平行，以不加硫酸銅為空白對照，滅菌備用。

表2 含紫葉李膠和銅離子培養基的配制比例

將含有紫葉李膠和銅離子的培養基滅菌后靜置1 d，取10 mL上清作為后續測定吸光度的空白對照。

小球藻的培養以及培養液吸光度、蛋白質含量的測定同1.3方法。

2 結果與討論

2.1 紫葉李膠與市售桃膠的理化性質(表3、圖1)

表3 紫葉李膠與3種市售桃膠的理化性質

圖1 紫葉李膠與3種市售桃膠的理化性質對比

由表3可知，襄陽紫血桃膠、昆明山桃膠、麗水水蜜桃膠等3種桃膠的理化性質相對比較均衡，而紫葉李膠的理化性質的特征極為突出，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更易與水結合，導致紫葉李膠溶解度大；大分子多糖相互交聯，但由于含量較少造成多糖分子鏈展開后的吸水量少，導致紫葉李膠溶脹度小[14]。

2.2 紫葉李膠對小球藻生長的影響

以10%的接種量將小球藻接種至含紫葉李膠培養基中，通過吸光度和蛋白質含量的變化考察紫葉李膠對小球藻生長的影響，結果如圖2所示。

由圖2可以看出，小球藻在含紫葉李膠培養基中培養，生長增殖速度隨著培養時間的延長逐漸加快，A680值逐漸升高，但培養5 d后，生長增殖速度減慢，A680值升幅減緩，可能是由于小球藻的生長達到了穩定期。所以，根據前5 d的數據來分析紫葉李膠對小球藻生長的影響。空白對照組的小球藻生長增殖速度及蛋白質含量增速最慢，培養基3組的小球藻生長增殖速度最快，培養基5組的蛋白質含量增速最快。說明紫葉李膠對小球藻的生長增殖及蛋白質合成都有明顯的促進作用，當紫葉李膠含量為12 g·L-1(培養基3)時，其對小球藻生長增殖的促進效果最顯著；當紫葉李膠含量為20 g·L-1(培養基5)時，其對小球藻蛋白質合成的促進效果最顯著。

圖2 小球藻在含紫葉李膠培養基中生長時的吸光度變化曲線(a)及蛋白質含量變化曲線(b)

2.3 紫葉李膠對銅離子脅迫下小球藻生長的影響

以10%的接種量將小球藻接種至含紫葉李膠和銅離子培養基中，通過吸光度和蛋白質含量的變化考察紫葉李膠對銅離子脅迫下小球藻生長的影響，結果如圖3所示。

由圖3a可以看出，銅離子對小球藻的生長增殖在整體上有一定抑制效果。小球藻在僅含銅離子培養基(培養基6)中培養1～2 d時，出現了快速增殖的現象，這是由于，小球藻為了抵抗銅離子的脅迫通過大量增殖來對銅離子進行富集，以降低銅離子的濃度；但當銅離子濃度過高時，小球藻在進行大量增殖后仍受到銅離子的脅迫，所以培養后期小球藻的生長增殖速度仍不理想[15]。而在含銅離子培養基中添加紫葉李膠后，小球藻的生長增殖速度明顯加快，其中培養基10組的小球藻的生長增殖速度及蛋白質含量增速最快。由于紫葉李膠是由大分子多糖相互交聯纏繞形成的半透明膠狀物質，具有良好的吸附性，由此推測紫葉李膠降低小球藻在高濃度銅離子環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形成的網狀結構，能夠吸附銅離子[16-18]，從而達到降低銅離子濃度的效果，使小球藻能夠正常生長增殖。

圖3 小球藻在含紫葉李膠和銅離子培養基中生長時的吸光度變化曲線(a)及蛋白質含量變化曲線(b)

3 結論

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