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多胺是几乎所有生物有机体中都存在的一系列化合物。许多研究已表明多胺在细菌、真菌、动植物体的生长和发育中,以及植物的非生物胁迫反应中发挥了重要作用。螺旋藻,作为一种重要的功能性食品,在许多国家尤其是发展中国家被广泛接受为一种保健食品。因为人体内的多胺含量与人类健康和许多疾病的发生密切相关,且饮食多胺是人体内多胺的一个重要来源,所以分析食品如禾谷类、蔬菜类、肉类和保健食品中的多胺含量及其调控具有较为重要的理论和实用意义。
本文以钝顶螺旋藻(Spirulina platensis)为材料,分析了其内源多胺含量与组成,以及多胺代谢抑制剂对其内源多胺含量的影响。结果表明,螺旋藻的多胺含量丰富,主要多胺腐胺(putrescine,Put)和亚精胺(spermidine,Spd)的含量分别为119.3和927.3 nmol/g.DW;多胺合成酶抑制剂:二氟甲基鸟氨酸(difluoromethylomithine,DFMO)和甲基乙二醛双(脒基腙)(methylglyoxyl bis(guanylhydrazone),MGBG)显著降低螺旋藻内源多胺含量,同时也抑制螺旋藻的生长。
外源多胺对螺旋藻生长和营养成分的影响结果表明:200 μmol/L,Put和10μmol/L Spd处理使螺旋藻内源多胺含量与组成发生了变化,并显著促进螺旋藻的生长;精胺(spermine,Spm)处理对螺旋藻生长的影响不显著;高浓度多胺对螺旋藻的生长则有抑制作用。200μmol/L Put处理使干物重比对照组上升了31.4%,10 μpmol/L Spd处理使螺旋藻细胞叶绿素含量比对照组上升了26.7%,200 μmol/LPut和10 μmol/L Spd处理均可以提高螺旋藻蛋白质总量和核酸的含量,并改变了渗透调节物质脯氨酸和可溶性糖的含量,以及螺旋藻细胞抗氧化酶超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、过氧化氢酶(catalase,CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(ascorbic acid peroxidase,APX)和过氧化物酶(peroxidase,POD)活性。本研究为提高螺旋藻产品的产量和质量提供了一定的依据。
选用两个耐盐性不同的螺旋藻品种墨西哥极大螺旋藻(Spirulina maxima cv.Mexico,抗盐性强)和宁夏钝顶螺旋藻(Spirulina plantensis cv.Ningxia,抗盐性弱)为材料,研究了NaCl胁迫下两个螺旋藻品系内多胺形态与含量的变化。2.00%NaCl盐胁迫7天,墨西哥极大螺旋藻内的游离态Spd水平显著上升,而宁夏钝顶螺旋藻内的游离态Put水平显著上升。于是,在盐胁迫反应中,墨西哥极大螺旋藻细胞游离亚精胺与游离腐胺的比值大于宁夏钝顶螺旋藻细胞游离亚精胺与游离腐胺的比值。外源添加S—腺苷蛋氨酸脱羧酶(S—adenosylmethioninedecarboxylase,SAMDC)的抑制剂MGBG使墨西哥极大螺旋藻的游离Spd含量减少,并使盐诱导的伤害加重。外源Spd处理使宁夏钝顶螺旋藻的游离Spd含量增加,并减轻了盐诱导的伤害。NaCl盐胁迫对两个品系螺旋藻内的高氯酸可溶性结合态多胺含量影响的差异不显著,表明高氯酸可溶性结合态多胺与螺旋藻细胞的耐盐关系不大。相反,NaCl盐胁迫诱导了墨西哥极大螺旋藻内高氯酸不溶性结合态Put的显著上升,而对宁夏钝项螺旋藻内的高氯酸不溶性结合态Put的影响较小。结果显示游离Spd和高氯酸不溶性结合态Put在螺旋藻细胞的耐盐性中可能起着较为重要的作用。
进一步研究了多胺在缓解盐胁迫对螺旋藻细胞伤害过程中的可能机理。不同浓度NaCl处理后,螺旋藻细胞内的多胺合成酶—精氨酸脱羧酶(argininedecarboxylase,ADC)和鸟氨酸脱羧酶(omithine decarboxylase,ODC)活性迅速上升;催化游离多胺向高分子结合态多胺转化的关键酶—谷氨酰胺转氨酶(transglutaminase,TGase)活性随着盐浓度的上升呈上升趋势,NaCl浓度大于2.00%以后活性下降;多胺降解酶一多胺氧化酶(polyamine oxidase,PAO)活性随着盐浓度的增加先下降,当NaCl浓度大于2.00%以后,PAO活性又上升了。为在分子水平理解在盐胁迫条件下螺旋藻细胞中多胺的调节机制,通过RT—PCR,分析了0.10%NaCl(对照)、2.00%NaCl、2.00%NaCl+200gmol/L Put和2.00%NaCl+10μmol/L Spd等4种处理条件下三个关键酶基因的表达情况,结果表明:不同处理中,ADC、ODC和PAO的基因表达情况与相应的不同处理中ADC、ODC和PAO活性变化基本一致。螺旋藻细胞在盐诱导的氧化胁迫中多胺的反应的研究结果表明,多胺通过提高抗氧化酶如SOD、CAT和POD活性来降低盐胁迫对螺旋藻细胞的氧化伤害。另外,多胺还可通过改变渗透调节物质—脯氨酸和可溶性糖含量来降低盐胁迫对螺旋藻细胞的伤害。