南极红酵母Rhodotorula sp. NJ298质膜流动性及其低温适应性研究

论文摘要

南极是地球上最冷的地区,低温是极地最基本的特征。南极海冰生物存在着一系列适应该生境生存所需的复杂的生理和新陈代谢特征,具备适应南极极端环境的生命系统。南极的低温环境对那些通过生成某种调控物质而保持细胞膜脂质流动性的菌株进行了自然选择,因此南极微生物抵御极端环境的生理机能是与其独特的细胞质膜结构和功能密不可分的。并且南极微生物不仅种类独特,而且还含有很多有潜力可开发的生物活性物质。酵母作为单细胞,易于操作,可以直接在细胞水平上对刺激做出应答,使其成为研究极端环境生物学的良好模式生物。对南极酵母细胞质膜中与维持膜流动性密切相关的生化成分的分析,及其通过生化成分组成的改变来调节膜的流动性的研究,将有助于对揭示南极微生物的适应机制。南极红酵母NJ298在长期的进化过程中已形成了对极端环境的适应机制,类胡萝卜素在对抗低温中具有重要作用。本研究以南极红酵母NJ298为材料,对其所产类胡萝卜素进行初步鉴定,对类胡萝卜素在低温下维持质膜的流动性及抗氧化系统中的作用进行研究。研究结果概括如下。⑴应用薄层层析、紫外、红外、高效液相色谱及液质联用分析对南极酵母NJ298类胡萝卜素主要成分进行综合研究。初步确定虾青素为南极酵母NJ298类胡萝卜素的主要成分。对虾青素定量分析结果显示:南极酵母NJ298中总类胡萝卜素含量为1 126μ·g-1干菌体,其中虾青素含量为87.6 %,达986μg·g-1。⑵应用传统的鉴定方法和分子生物学鉴定技术,根据形态特征、生理生化特征及ITS序列的系统发育分析,将南极酵母NJ298归入红酵母属（Rhodotorula）,暂定名南极红酵母NJ298,Rhodotorula sp. NJ298。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 前言
• 1.1 南极低温的环境特征
• 1.2 低温对南极微生物的伤害
• 1.2.1 改变细胞膜组成的稳定性
• 1.2.2 改变生化反应速率
• 1.2.3 冰的直接破坏作用
• 1.3 南极微生物低温适应机制研究进展综述
• 1.3.1 细胞膜与低温适应性
• 1.3.1.1 细胞膜的基本结构和物质转运功能
• 1.3.1.2 细胞膜的流动性
• 1.3.1.3 细胞膜弹性的变化
• 1.3.1.4 细胞膜及养分摄取
• 1.3.2 低温酶与低温适应性
• 1.3.2.1 低温酶结构的柔顺性与稳定性
• 1.3.2.2 低温酶的结构特征
• 1.3.2.3 低温酶热力学特性
• 1.3.3 细胞质与低温适应性
• 1.3.4 产生冷适应蛋白和冷激蛋白
• 1.3.5 其它
• 1.4 虾青素
• 1.4.1 虾青素的结构、性质及分布
• 1.4.2 虾青素的功能
• 1.4.2.1 着色功能
• 1.4.2.2 抗氧化功能
• 1.4.2.3 增强机体免疫力
• 1.4.2.4 预防癌症
• 1.4.3 虾青素的主要来源
• 1.4.3.1 化学合成法
• 1.4.3.2 天然提取法
• 1.4.4 虾青素的应用
• 1.4.4.1 在养殖业中的应用
• 1.4.4.2 用作食品添加剂
• 1.4.4.3 用于药品、保健品和化妆品
• 2 南极酵母 NJ298 类胡萝卜素主要成分的初步鉴定
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 菌种及培养
• 2.1.2 试剂和仪器
• 2.1.3 生物量测定
• 2.1.4 南极酵母NJ298 类胡萝卜素的提取、分离及初步鉴定
• 2.1.4.1 类胡萝卜素的提取
• 2.1.4.2 类胡萝卜素测定
• 2.1.4.3 高效液相色谱分析
• 2.1.4.4 吸收峰试验
• 2.1.4.5 红外光谱测定
• 2.1.4.6 柱层析分离
• 2.1.4.7 硅胶薄层层析纯化
• 2.1.4.8 液质联用分析
• 2.2 结果与分析
• 2.2.1 南极酵母NJ298 类胡萝卜素的薄层层析图谱分析结果
• 2.2.2 南极酵母NJ298 类胡萝卜素紫外可见扫描光谱分析结果
• 2.2.3 南极酵母NJ298 类胡萝卜素的红外光谱分析结果
• 2.2.4 南极酵母NJ298 类胡萝卜素的高效液相色谱分析结果
• 2.2.5 南极酵母NJ298 类胡萝卜素液质联用分析结果
• 2.3 讨论
• 2.3.1 菌株NJ298 类胡萝卜素提取中细胞破壁方法的确定
• 2.3.2 菌株NJ298 虾青素分离纯化方法的确定
• 2.3.3 菌株NJ298 虾青素初步鉴定的方法
• 2.4 结语
• 3 南极酵母 NJ298 的鉴定
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 材料
• 3.1.2 南极酵母NJ298 的形态学特征
• 3.1.2.1 细胞形态观察
• 3.1.2.2 菌落特征观察
• 3.1.2.3 子囊孢子的形成
• 3.1.2.4 假菌丝的形成
• 3.1.2.5 掷孢子的形成
• 3.1.3 菌株NJ298 的生理生化特征
• 3.1.3.1 发酵糖类
• 3.1.3.2 碳源同化
• 3.1.3.3 氮源同化
• 3.1.3.4 产生类淀粉化合物的测试
• 3.1.3.5 耐高渗透压试验
• 3.1.3.6 硝酸盐还原试验
• 3.1.3.7 明胶液化试验
• 3.1.3.8 脲酶试验
• 3.1.3.9 重氮基蓝 B 试验
• 3.1.3.10 37℃生长试验
• 3.1.4 菌株NJ298 系统发育树的建立
• 3.2 结果与分析
• 3.2.1 菌株NJ298 的形态特征
• 3.2.2 菌株NJ298 的生理生化特征
• 3.2.3 基于核糖体基因转录间隔区序列的系统发育树
• 3.3 讨论
• 3.4 结语
• 4 南极红酵母 NJ298 质膜流动性及其与低温适应性
• 4.1 材料与方法
• 4.1.1 材料
• 4.1.2 培养基
• 4.1.3 南极红酵母NJ298 质膜的制备
• 4.1.3.1 粗膜制剂的提取
• 4.1.3.2 水双相系统的制备
• 4.1.3.3 细胞质膜的分离和纯化
• 4.1.3.4 匀浆液中牛血清白蛋白浓度的选择
• 4.1.3.5 两相体系中聚合物浓度的选择
• 4.1.3.6 两相体系中盐浓度的选择
• 4.1.3.7 蛋白质含量的测定
• 4.1.3.8 标志酶活性的检测
• 4.1.3.9 磷钨酸染色检测质膜纯度
• 4.1.4 不同温度下南极红酵母NJ298 的培养
• 4.1.5 南极红酵母NJ298 质膜成分分析
• 4.1.5.1 质膜脂肪酸分析
• 4.1.5.2 质膜类胡萝卜素分析
• 4.1.5.3 质膜蛋白分析
• 4.1.6 质膜流动性的检测
• 4.2 结果与分析
• 4.2.1 南极红酵母NJ298 质膜的获得
• 4.2.1.1 匀浆液中牛血清白蛋白浓度的确定
• 4.2.1.2 两相体系中聚合物浓度的确定
• 4.2.1.3 两相体系中盐浓度的确定
• 4.2.1.4 质膜纯度的检测结果
• 4.2.2 不同培养温度下南极红酵母质膜成分分析结果
• 4.2.2.1 脂肪酸的组成
• 4.2.2.2 类胡萝卜素的组成
• 4.2.2.3 蛋白质组成的分析结果
• 4.2.3 不同温度下南极红酵母NJ298 质膜的流动性
• 4.3 讨论
• 4.3.1 南极红酵母NJ298 质膜提取匀浆液成分的选择
• 4.3.2 南极红酵母NJ298 质膜水双相分离条件的确定
• 4.3.3 南极红酵母NJ298质膜脂肪酸变化及其与低温适应性
• 4.3.4 南极红酵母NJ298质膜类胡萝卜素变化及其与低温适应性
• 4.3.5 南极红酵母NJ298 质膜蛋白变化及其与低温适应性
• 4.3.6 不同温度对南极红酵母NJ298 质膜流动性的影响
• 4.4 结语
• 5 南极红酵母 NJ298 抗氧化系统及其与低温适应性
• 5.1 材料与方法
• 5.1.1 材料
• 5.1.2 不同温度条件下南极红酵母NJ298 的培养
• 5.1.3 南极红酵母NJ298 抗氧化酶系统活性测定
• 5.1.4 南极红酵母NJ298 丙二醛含量的测定
• 5.1.5 南极红酵母NJ298 对H202抗性的测定
• 5.1.6 南极红酵母NJ298 类胡萝卜素含量测定
• 5.1.7 南极红酵母NJ298 类胡萝卜素清除自由基能力的测定
• 5.2 结果与分析
• 5.2.1 不同温度下南极红酵母NJ298 抗氧化酶系统的活性
• 5.2.2 不同温度下南极红酵母NJ298 丙二醛的含量
• 5.2.3 不同温度下南极红酵母NJ298 对H202的抗性
• 5.2.4 不同温度下南极红酵母NJ298 类胡萝卜素的含量
• 5.2.5 南极红酵母NJ298 类胡萝卜素对DPPH 的清除作用
• 5.3 讨论
• 5.3.1 生物膜脂过氧化与抗氧化系统的关系
• 5.3.2 南极红酵母NJ298 抗氧化系统及其与低温适应性
• 5.4 结语
• 6 环境因子对南极红酵母 NJ298 合成虾青素的影响
• 6.1 材料与方法
• 6.1.1 南极红酵母NJ298 细胞培养
• 6.1.2 南极红酵母NJ298 生物量的测定
• 6.1.3 南极红酵母NJ298 类胡萝卜素的提取测定
• 6.1.4 南极红酵母NJ298 虾青素含量的测定
• 6.1.5 南极红酵母NJ298 生长和虾青素积累的测定
• 6.1.6 不同培养条件下南极红酵母NJ298 生长和虾青素含量的测定
• 6.2 结果与分析
• 6.2.1 南极红酵母NJ298 生长曲线及虾青素积累特征
• 6.2.2 碳、氮源的确定
• 6.2.3 不同接种量南极红酵母NJ298 生长和虾青素的含量
• 6.2.4 不同金属离子中南极红酵母NJ298 生长和虾青素的含量
• 6.2.5 不同温度下南极红酵母NJ298 生长和虾青素的含量
• 6.2.6 不同pH 值下南极红酵母NJ298 生长和虾青素的含量的影响
• 6.2.7 不同NaCl 浓度中南极红酵母NJ298 生长和虾青素的含量
• 6.3 讨论
• 6.4 结语
• 7 结论
• 参考文献
• 致谢
• 博士学习期间论文撰写与发表情况