活性氧胁迫下Bacillus sp. F26以过氧化氢酶合成为特征的应激响应

论文摘要

活性氧是微生物细胞在正常代谢过程中产生的一类化学性质极其活泼的基团或分子,主要包括超氧自由基（O2-）、过氧化氢（H2O2）和羟基自由基（OH·）。当其产生速度超出细胞抗氧化物防御系统的清除能力时,活性氧就会攻击细胞成分引发一系列毒性效应,造成对细胞的“氧化胁迫”作用。微生物为了生存必然对这种胁迫做出应答或应激响应,通过自身的抗氧化防御系统降低活性氧的危害,从而表现为不同的生物学效应。在微生物对活性氧胁迫的响应过程中,抗氧化物酶活性的变化是最能够直接反映细胞对胁迫应答水平的指标。研究微生物对活性氧胁迫的应答机制将有助于人们了解氧自由基致病的原理并提出合理有效的防护和清除方法。本论文以一株高产过氧化氢酶（Catalase,简称CAT）的嗜盐嗜碱芽孢杆菌Bacillus sp. F26为研究菌株,以其胞内最重要的抗氧化物酶CAT为主要目标酶,利用不同的活性氧发生源研究不同活性氧单独胁迫（H2O2和O2-）、不同胁迫方式（瞬间和持续）和不同种类活性氧（H2O2、O2-和OH·）协同胁迫下微生物以CAT合成为特征的应激响应及其影响因素。在此基础上,深入探讨CAT和超氧化物歧化酶（Superoxide dismutase,简称SOD）在Bacillus sp. F26抵抗活性氧胁迫和各种环境压力胁迫中的关键作用。论文主要的研究内容包括以下几个方面:（1）为了获得适宜的胁迫环境,首先研究了影响CAT合成的营养和环境条件。结果表明,葡萄糖和牛肉膏、玉米浆复配氮源是Bacillus sp. F26生长和CAT合成较适宜的碳氮源,而磷元素和镁离子是细胞合成CAT不可或缺的成分。影响CAT合成的主从因子顺序为葡萄糖>氯化镁>牛肉膏>磷酸二氢钾,有利于CAT合成最优培养基组成为(g·L-1):葡萄糖10,牛肉膏15,酵母膏5,KH2PO41,MgCl2 0.2,NaCl 50,Na2CO3 10。环境因素对CAT合成的影响与该菌株的分离环境有一定的关系,碱性环境和较高的溶氧水平有利于细胞的生长和产酶,但Bacillus sp F26对温度的变化比较敏感。有利于合成CAT较适宜的环境条件组合为:初始pH值9.0,最佳温度37 oC,摇瓶最佳装液量为50 mL/250 mL。Bacillus sp. F26合成CAT的摇瓶过程曲线表明,CAT合成与细胞生长呈现相耦联的关系,进入稳定期（18 h）后酶活继续增加,培养20 h左右达到最高值(18.9 U·mg protein-1)。（2）在摇瓶中采用一次性添加H2O2的方法研究H2O2瞬时刺激对CAT合成的影响。结果发现不同时期添加H2O2对细胞生长和CAT合成的影响有较大差异。初始添加不利于CAT合成,但低浓度的H2O2（0.2～1.0 mM）却能够刺激细胞生长。与稳定期相比,对数生长后期（16 h）添加时虽然对细胞生长影响较大,但细胞对H2O2的应激水平较高,当添加浓度为2 mM时,可以获得较高的CAT酶活（22.8 U·mg protein-1）。由于H2O2的氧化毒性,除低浓度外（<100μM）一次性添加H2O2不同程度地抑制了细胞生长。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 国内外研究水平及进展
• 1.3 本论文的主要研究内容
• 参考文献
• 第二章 BACILLUS SP. F26 的过氧化氢酶合成及其影响因素
• 2.1 引言
• 2.2 材料与方法
• 2.3 结果与讨论
• 2.4 本章小结
• 参考文献
• 第三章 外源H202胁迫下BACILLUS SP. F26 的应激响应
• 3.1 引言
• 3.2 材料与方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 第四章 超氧自由基胁迫下BACILLUS SP. F26 的应激响应
• 4.1 引言
• 4.2 材料与方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.4 本章小结
• 参考文献
• 第五章 BACILLUS SP. F26 在活性氧与环境因素胁迫下的适应性保护
• 5.1 引言
• 5.2 材料与方法
• 5.3 结果与讨论
• 5.4 本章小结
• 参考文献
• 第六章 不同种类活性氧协同胁迫下BACILLUS SP. F26 的应激响应
• 6.1 引言
• 6.2 材料与方法
• 6.3 结果与讨论
• 6.4 本章小结
• 参考文献
• 结论
• 论文创新点
• 与博士学位论文有关的学术成果
• 致谢
• 附录 英文缩写与中文名称对照