硒和碲对螺旋藻的生物效应及其机制的光谱学研究方法初探
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摘要
本研究设计高低两个质量浓度组，分别研究了硒和碲两元素对螺旋藻的促进作用和毒性作用，并对结果进行统计分析；采用相加指数法研究了硒和碲对螺旋藻的联合毒性作用；用光谱法在完整藻细胞和离体藻蓝蛋白分子两个层次研究了硒和碲对螺旋藻生物效应的机理。取得了一些有意义的结果：
1．低质量浓度的Se(Ⅳ)和Te(Ⅳ)对钝顶和极大两种螺旋藻的生长具弱促进作用，促进作用的强弱与培养条件有关；高质量浓度的Se(Ⅳ)和Te(Ⅳ)均对钝顶和极大螺旋藻均具毒性作用，并且Te(Ⅳ)毒性较Se(Ⅳ)大；Se(Ⅳ)和Te(Ⅳ)对钝顶螺旋藻的联合毒性表现为拮抗作用。
2．Te(Ⅳ)胁迫下，极大螺旋藻活体细胞的吸收光谱特征吸收峰强度下降。而从荧光光谱中，观察到叶绿素和藻胆体受损，能量传递受阻，而类胡萝卜素的能量传递效率增加。藻粉中各色素的能量传递过程则均受阻。Te(Ⅳ)胁迫实验组的干藻粉与对照组的干藻粉，其红外光谱无明显差异。
3．藻蓝蛋白(纯度系数A_(620)/A_(280)=3.0，含少量别藻蓝蛋白)与Se(Ⅳ)作用后，藻蓝蛋白溶液的光谱发生了一系列的变化，并在92h后观察到红色纳米硒的生成。其中，吸收光谱在620nm处的吸收减弱，并随Se(Ⅳ)质量浓度和时间的增加而降低；在278nm和347nm处的光吸收增强，变化趋势与藻蓝蛋白在620nm处的特征吸收变化趋势相反。藻蓝蛋白的荧光发射和荧光激发均逐渐减弱，但599nm和629nm处的2个激发峰的相对高低与对照相反。这些提示藻蓝蛋白分子是Se(Ⅳ)的主要靶分子之一，硒对螺旋藻的生物效应可能部分是通过硒作用于藻蓝蛋白引起。
The effects of selenium and tellurium on S. platensis and 5. maximum were investigated at the higher mass concentration group and the lower mass concentration group respectively, and the data were analyzed with statistics. The additive toxicity of selenium and tellurium mixture to 5. platensis was assessed with AI(additive index). An attempt was made to research the mechanism of the biological effects of selenium and tellurium on spirulina at two levels, the intact algal cell level and and the isolated phycocyanin molecular level, by spectroscopy. Some important results were obtained.
Firstly, Se(IV) and Te(IV) stimulated slightly the growth of S. platensis and S. maximum at lower mass concentrations, but inhibited the growth of them at higher mass concentrations. The intensity of stimulative effect and inhibitive effect was also related with the culture conditions apart from the mass concentrations. Both Se(IV) and Te(IV) were toxical to spirulina, and the toxicity of Te(IV) to spirulina were heavier than Se(IV). The additive toxicity of Se(IV) and Te(IV) was assessed to be antagonism.
Secondly, the absorption spectra for intact algal cells of S.maxima showed that the intensity of typical absorption peak decreased under Te(IV) stress, whereas the fluorescence spectra suggested that the energy transfer of carotenoids increased. The fluorescence spectra of dry algal powder were markedly different from those of intact algal cells, and it suggested that all the three pigments(chlorophyll a , carotenoids and Phycocyanin ) were damaged in dry powder. IR spectra of dry powder between the control set and Te(IV) stress sets had no difference.
And thirdly, after C-phycocyanin(A620/A280=3.0, containing little allophycocyanin) was mixed with Se(IV), the spectrum of the mixture solution
underwent changes and nano red selenium was observed in the solution after 92h. Among the changes of the spectrum, the absorption spectra showed that with the increase of time and the mass concentration of Se(IV), the characteristic absorption peak at 620nm was decreased gradually but the absorption peaks of phycocyanin at 278nm and 347nm were increased gradually. The fluorescence spectra showed that the fluorescence emission peak and two fluorescence excitation peaks all decreased, but the relative fluorescence intensity of excitation peak at 599nm and 629nm was different from control. The information from the spectra of phycocyanin suggested that phycocyanin could be one of the principal target molecules of Se(IV) and the biological effects of Se(IV) on spirulina, in part, could be caused accordingly by the interaction of phycocyanin and Se(IV)
1．低质量浓度的Se(Ⅳ)和Te(Ⅳ)对钝顶和极大两种螺旋藻的生长具弱促进作用，促进作用的强弱与培养条件有关；高质量浓度的Se(Ⅳ)和Te(Ⅳ)均对钝顶和极大螺旋藻均具毒性作用，并且Te(Ⅳ)毒性较Se(Ⅳ)大；Se(Ⅳ)和Te(Ⅳ)对钝顶螺旋藻的联合毒性表现为拮抗作用。
2．Te(Ⅳ)胁迫下，极大螺旋藻活体细胞的吸收光谱特征吸收峰强度下降。而从荧光光谱中，观察到叶绿素和藻胆体受损，能量传递受阻，而类胡萝卜素的能量传递效率增加。藻粉中各色素的能量传递过程则均受阻。Te(Ⅳ)胁迫实验组的干藻粉与对照组的干藻粉，其红外光谱无明显差异。
3．藻蓝蛋白(纯度系数A_(620)/A_(280)=3.0，含少量别藻蓝蛋白)与Se(Ⅳ)作用后，藻蓝蛋白溶液的光谱发生了一系列的变化，并在92h后观察到红色纳米硒的生成。其中，吸收光谱在620nm处的吸收减弱，并随Se(Ⅳ)质量浓度和时间的增加而降低；在278nm和347nm处的光吸收增强，变化趋势与藻蓝蛋白在620nm处的特征吸收变化趋势相反。藻蓝蛋白的荧光发射和荧光激发均逐渐减弱，但599nm和629nm处的2个激发峰的相对高低与对照相反。这些提示藻蓝蛋白分子是Se(Ⅳ)的主要靶分子之一，硒对螺旋藻的生物效应可能部分是通过硒作用于藻蓝蛋白引起。
The effects of selenium and tellurium on S. platensis and 5. maximum were investigated at the higher mass concentration group and the lower mass concentration group respectively, and the data were analyzed with statistics. The additive toxicity of selenium and tellurium mixture to 5. platensis was assessed with AI(additive index). An attempt was made to research the mechanism of the biological effects of selenium and tellurium on spirulina at two levels, the intact algal cell level and and the isolated phycocyanin molecular level, by spectroscopy. Some important results were obtained.
Firstly, Se(IV) and Te(IV) stimulated slightly the growth of S. platensis and S. maximum at lower mass concentrations, but inhibited the growth of them at higher mass concentrations. The intensity of stimulative effect and inhibitive effect was also related with the culture conditions apart from the mass concentrations. Both Se(IV) and Te(IV) were toxical to spirulina, and the toxicity of Te(IV) to spirulina were heavier than Se(IV). The additive toxicity of Se(IV) and Te(IV) was assessed to be antagonism.
Secondly, the absorption spectra for intact algal cells of S.maxima showed that the intensity of typical absorption peak decreased under Te(IV) stress, whereas the fluorescence spectra suggested that the energy transfer of carotenoids increased. The fluorescence spectra of dry algal powder were markedly different from those of intact algal cells, and it suggested that all the three pigments(chlorophyll a , carotenoids and Phycocyanin ) were damaged in dry powder. IR spectra of dry powder between the control set and Te(IV) stress sets had no difference.
And thirdly, after C-phycocyanin(A620/A280=3.0, containing little allophycocyanin) was mixed with Se(IV), the spectrum of the mixture solution
underwent changes and nano red selenium was observed in the solution after 92h. Among the changes of the spectrum, the absorption spectra showed that with the increase of time and the mass concentration of Se(IV), the characteristic absorption peak at 620nm was decreased gradually but the absorption peaks of phycocyanin at 278nm and 347nm were increased gradually. The fluorescence spectra showed that the fluorescence emission peak and two fluorescence excitation peaks all decreased, but the relative fluorescence intensity of excitation peak at 599nm and 629nm was different from control. The information from the spectra of phycocyanin suggested that phycocyanin could be one of the principal target molecules of Se(IV) and the biological effects of Se(IV) on spirulina, in part, could be caused accordingly by the interaction of phycocyanin and Se(IV)
引文
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