南极嗜冷菌Marinomonas sp. NJ522的低温超氧化物歧化酶及其生境适应性研究

论文摘要

极端微生物在极端环境长期适应过程中形成了独特的性质。对它们的研究不仅对了解生命的极限、进化与分类等具有重大理论价值,而且对环境污染、生态、微生物新功能等具有重要的实际意义。近年来南极微生物的低温催化活性和环境适应性受到人们的极大关注。超氧化物歧化酶是生物体防御氧化损伤的一种十分重要的生物酶,是抗氧化酶系统中最重要的组成酶。它是唯一以超氧阴离子自由基为底物的酶,可以催化超氧阴离子的歧化反应产生分子氧和过氧化氢,在南极细菌对恶劣环境的适应中具有重要作用。目前对南极低温酶的研究日益增多,但对南极微生物低温超氧化物歧化酶的研究还尚未见报道。本研究从南极细菌中筛选产低温超氧化物歧化酶的菌株Marinomonas sp. NJ522,并研究影响超氧化物歧化酶产量的因素、进一步优化产酶条件,对南极细菌Marinomonas sp. NJ522超氧化物歧化酶进行分离纯化,得到均一产品,详细阐明该酶的性质。并以Marinomonas sp. NJ522为材料从生化组成（脂肪酸和蛋白质）及抗氧化酶的角度,进一步阐明南极细菌的环境适应机制（包括低温、高盐和重金属）,以期为获得超氧化物歧化酶的新来源,并且进一步探明南极细菌对胁迫的适应机制提供科学依据。（1）参照超氧化物歧化酶活力和生物量两个指标,从421株南极细菌中筛选出高产超氧化物歧化酶南极细菌NJ62、NJ379、NJ522和NJ548。它们的最适生长温度在10～15℃之间,在0℃均能生长,都属于嗜冷菌。它们所产的超氧化物歧化酶均属于低温酶。4株南极嗜冷菌均含有一种类型的SOD同工酶。NJ62的超氧化物歧化酶为Mn-SOD;而NJ379,NJ522和NJ548的超氧化物歧化酶均为Fe-SOD。（2）通过形态学观察和16S rDNA序列对4株产低温超氧化物歧化酶的南极

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 前言
• 1.1 南极微生物的研究现状
• 1.2 低温酶的研究进展
• 1.2.1 酶对低温的适应
• 1.2.2 低温酶的催化特征
• 1.2.3 低温酶的分子特征
• 1.2.4 低温酶的适冷机制
• 1.2.5 低温酶的柔性、稳定性和活性
• 1.2.6 南极微生物低温酶的新进展
• 1.2.7 低温酶的应用前景
• 1.3 超氧化物歧化酶的研究进展
• 1.3.1 超氧化物歧化酶的种类与分布
• 1.3.2 SOD 的分子结构
• 1.3.3 SOD 的理化性质
• 1.3.4 SOD 的分子生物学
• 1.3.5 超氧化物歧化酶的应用
• 1.4 南极细菌超氧化物歧化酶的研究意义
• 2 产低温超氧化物歧化酶南极菌株的筛选及其酶学性
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 材料
• 2.1.2 培养基
• 2.1.3 培养条件
• 2.1.4 产超氧化物歧化酶南极细菌的筛选
• 2.1.5 4 株南极嗜冷菌超氧化物歧化酶的性质
• 2.1.6 聚丙烯酰氨凝胶电泳（PAGE）
• 2.1.7 原位活性染色
• 2.1.8 蛋白质的测定
• 2.2 结果
• 2.2.1 高产超氧化物歧化酶南极菌株的筛选结果
• 2.2.2 4 株南极细菌超氧化物歧化酶的性质
• 2.3 讨论
• 2.3.1 微生物产超氧化物歧化酶的筛选结果
• 2.3.2 南极嗜冷菌超氧化物歧化酶的性质
• 2.4 结语
• 3 南极细菌产低温超氧化物歧化酶菌株的鉴定
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 材料
• 3.1.2 细胞形态的扫描电镜观察
• 3.1.3 165 rDNA 的 PCR 扩增及其克隆文库的构建
• 3.1.4 165 rDNA 序列测定与系统进化关系的分析
• 3.2 结果
• 3.2.1 4 株嗜冷菌的培养特征和细胞形态
• 3.2.2 单菌落直接 PCR 扩增法
• 3.2.3 4 株嗜冷菌的165 rDNA 的克隆与序列分析
• 3.2.4 4 株嗜冷菌的系统发育分析
• 3.3 讨论
• 3.4 结语
• 4 南极嗜冷菌 Marinomonas sp. NJ522 产超氧化物歧化酶的优化培养
• 4.1 材料与方法
• 4.1.1 材料
• 4.1.2 方法
• 4.2 结果
• 4.2.1 接种量对嗜冷菌 NJ522 生长和产酶影响的结果
• 4.2.2 通气量对嗜冷菌 NJ522 生长和产酶影响的结果
• 4.2.3 温度对嗜冷菌 NJ522 生长和产酶影响的结果
• 4.2.4 初始pH 值对嗜冷菌 NJ522 生长和产酶影响的结果
• 4.2.5 碳源和氮源对嗜冷菌 NJ522 的生长和产酶影响的结果
• 4.2.6 金属离子对嗜冷菌 NJ522 产酶影响的结果
• 4.2.7 嗜冷菌 NJ522 产超氧化物歧化酶条件优化的结果
• 4.2.8 嗜冷菌 NJ522 生长和产超氧化物歧化酶曲线
• 4.2.9 嗜冷菌 NJ522 产蛋白酶稳定性
• 4.3 讨论
• 4.3.1 接种量对嗜冷菌 NJ522 生长和产酶的影响
• 4.3.2 通气量对嗜冷菌 NJ522 生长和产超氧化物歧化酶的影响
• 4.3.3 嗜冷菌 NJ522 生长和产超氧化物歧化酶条件的优化
• 4.4 结语
• 5 南极嗜冷菌Marinomonas sp. NJ522 超氧化物歧化酶的分离纯化
• 5.1 材料与方法
• 5.1.1 材料
• 5.1.2 方法
• 5.2 结果
• 5.2.1 超氧化物歧化酶的纯化结果
• 5.2.2 超氧化物歧化酶电泳鉴定结果
• 5.2.3 超氧化物歧化酶的分子量
• 5.2.4 超氧化物歧化酶的质谱分析
• 5.3 讨论
• 5.3.1 分离纯化方法在超氧化物歧化酶纯化上的应用
• 5.3.2 超氧化物歧化酶分子量的比较
• 5.4 结语
• 6 南极嗜冷菌Marinomonas sp. NJ522 超氧化物歧化酶的性质
• 6.1 材料与方法
• 6.1.1 材料
• 6.1.2 方法
• 6.2 结果
• 6.2.1 超氧化物歧化酶的纯度检验及其类型鉴定
• 6.2.2 超氧化物歧化酶的光谱分析
• 6.2.3 不同pH 下嗜冷菌 NJ522 的超氧化物歧化酶的活力
• 6.2.4 不同温度下嗜冷菌 NJ522 的超氧化物歧化酶的活力
• 6.2.5 化合物和金属离子作用下嗜冷菌 NJ522 的超氧化物歧化酶的活力
• 6.3 讨论
• 6.3.1 嗜冷菌 NJ522 的超氧化物歧化酶的鉴定
• 6.3.2 pH 对嗜冷菌 NJ522 的超氧化物歧化酶的影响
• 6.3.3 温度对嗜冷菌 NJ522 的超氧化物歧化酶的影响
• 6.3.4 化合物和金属离子作用下嗜冷菌 NJ522 的超氧化物歧化酶
• 6.4 结语
• 7 南极嗜冷菌 Marinomonas sp. NJ522 的生化组成与环境的适应性关系
• 7.1 材料与方法
• 7.1.1 材料
• 7.1.2 方法
• 7.2 结果
• 7.2.1 环境因子对嗜冷菌 NJ522 脂肪酸组成的影响
• 7.2.2 环境因子对嗜冷菌 NJ522 蛋白质组成的影响
• 7.3 讨论
• 7.3.1 嗜冷菌 NJ522 脂肪酸对环境因子变化的适应
• 7.3.2 嗜冷菌 NJ522 蛋白质对环境因子变化的响应
• 7.4 结语
• 8 南极嗜冷菌Marinomonas sp. NJ522 的抗氧化酶系统及其与生境的适应性
• 8.1 材料与方法
• 8.1.1 材料
• 8.1.2 方法
• 8.2 结果
• 8.2.1 不同环境因子下嗜冷菌 NJ522 的活性氧自由基含量
• 8.2.2 不同环境因子下嗜冷菌 NJ522 丙二醛的含量
• 8.2.3 不同环境因子下嗜冷菌 NJ522 超氧化物歧化酶的活性
• 8.2.4 不同环境因子下嗜冷菌 NJ522 过氧化物酶的活性
• 8.2.5 不同环境因子下嗜冷菌 NJ522 过氧化物酶的活性
• 8.3 讨论
• 8.3.1 嗜冷菌 NJ522 中活性氧自由基含量同环境因子的关系
• 8.3.2 环境因子变化对嗜冷菌 NJ522 中丙二醛含量的影响
• 8.3.3 南极嗜冷菌 NJ522 中抗氧化酶类活性同其对环境适应性关系
• 8.4 结语
• 9 汞对南极嗜冷菌 Marinomonas sp. NJ522 抗氧化酶活性的影响
• 9.1 材料与方法
• 9.1.1 材料与培养基
• 9.1.2 不同汞浓度下嗜冷菌 NJ522 生长的测定
• 9.1.3 嗜冷菌 NJ522 对汞离子吸收富集的测定
• 9.1.4 不同汞浓度下嗜冷菌 NJ522 的培养方案
• 9.1.5 丙二醛含量的测定
• 9.1.6 不同汞浓度下嗜冷菌 NJ522 酶活力的测定
• 9.2 结果
• 9.2.1 不同汞浓度下嗜冷菌 NJ522 的生长曲线
• 9.2.2 嗜冷菌 NJ522 对汞离子的富集
• 9.2.3 不同汞浓度下嗜冷菌 NJ522 丙二醛的活性
• 9.2.4 不同汞浓度下嗜冷菌 NJ522 超氧化物歧化酶的活性
• 9.2.5 不同汞浓度下嗜冷菌 NJ522 谷胱甘肽过氧化物酶和谷胱甘肽还原酶的活性
• 9.2.6 不同汞浓度下嗜冷菌 NJ522 汞还原酶的活性
• 9.3 讨论
• 9.3.1 不同汞浓度对嗜冷菌 NJ522 生长的影响
• 9.3.2 时间和不同浓度对嗜冷菌 NJ522 富集汞离子的影响
• 9.3.3 不同汞浓度对嗜冷菌 NJ522 丙二醛含量的影响
• 9.3.4 不同汞浓度对嗜冷菌 NJ522 超氧化物歧化酶的影响
• 9.3.5 不同汞浓度对嗜冷菌 NJ522 谷胱甘肽过氧化物酶和谷胱甘肽还原酶的影响
• 9.3.6 不同汞浓度对嗜冷菌 NJ522 汞还原酶的影响
• 9.4 结语
• 10 结论
• 参考文献
• 致谢
• 博士学习期间论文撰写与发表情况