南极海洋芳香烃低温降解微生物的拉曼光谱分析

第3i卷，第2期光谱学与光谱分析v01．31，No．2，pp418。4212。0l1年2月Spectr。osco。pyandSpectra—lAmlysisFebruary，2011南极海洋芳香烃低温降解微生物的拉曼光谱分析王以斌1’2，缪锦来1’“，何碧娟3，梁强1’2，刘芳明1’2，郑洲1’21．国家海洋局第一海洋研究所，山东青岛2660612．国家海洋局海洋生物活性物质莺点实验室，山东青岛2660613．广西科学院，广西南宁530007摘要激光镊子拉曼光谱技术可以实现在自然状态下对单个细胞或细胞器较长时间的观察研究。应用激光镊子拉曼光谱技术实时观察南极微生物低温降解芳香烃过程中单个南极细菌的细胞生长和胞内生物大分子的动态变化过程，收集、分析其拉曼光谱，结果发现：单细胞的拉曼光谱反映了其细胞内部的生命物质组成。南极动球菌NJ41和希瓦氏菌NJ49生长和降解芳香烃过程中产生蛋白类和葡聚糖类物质较多，而假交替单胞菌NJ289生长和降解芳香烃过程中产生脂类物质较多，其次才是蛋白类物质；各菌株产生蛋白类物质的多少是与产生的降解限速酶对应的，也是与低温降解芳香烃的能力是直接相关的。关键词激光镊子拉曼光谱技术；南极微牛物；低温降解；芳香烃中图分类号：Q935文献标识码：ADOI：10．3964／j．issn．1000-0593(2011}02-0418—04引言单细胞激光镊子拉曼光谱技术(1asertweezersRamailspectroscopy，LTRS)是将光学囚禁技术与显微拉曼光谱技术相结合用于单细胞探测的新技术。它用同一束光来囚禁细胞和激发细胞的拉曼光谱，细胞处于溶液中，其生理活性不受影响，可以在接近其自然的生理状态下实现较长时间对单个细胞或细胞器的监测和研究[1-3]。通过实时观察单个细胞或细胞器的生物化学过程，分析拉曼光谱特征峰的位置、强度等可以获知掩盖在群体平均信息下的个体生命信息和实时生命物质变化的信息，从而有效地了解细胞的真实生理过程。牛物体内蛋白质、脂肪、核酸和糖类等的组成成分、二级结构和交互作用等有用信息都可以从光谱中拉曼特征峰的位置、强度和线宽中获得[2“’5]，近年来光镊拉曼光谱在探索细胞的结构、功能及细胞生长、凋亡等方面取得了迅速发展，已成为探究生物体内如DNA、RNA、蛋白质、脂类、糖类等生命物质结构的有力手段【l{]。目前激光镊子拉曼光谱多应用于红细胞晴8。、血小板、酵母[9’加1以及癌症细胞u1]等医学相关领域的研究，仅有少数国外学者将其应用于极地微生物细胞结构和生命机制的探索【“12]。本研究在国内首次将LTRS技术应用于南极微生物低温降解芳香烃过程的分析，通过实时观察监测单个南极细菌细胞低温降解芳香烃的动态过程，结合光镊进行细胞分选并记录芳香烃低温降解过程中胞内、胞外的芳香烃浓度变化以及细胞生化代谢过程中各种细胞产物的变化，获得、分析低温菌降解芳香烃过程和细胞生长变化的拉曼光谱，探讨其与芳香烃降解代谢过程的相互关系，试图从单个细胞水平以及细胞群体水平获得对南极微生物低温降解芳香烃的新认识。1实验部分1．1材料菌株：三株可低温(0～10℃)降解芳香烃的南极嗜冷细菌：动球菌(Planococcussp．)NJ41，希瓦氏菌(She让Janellasp．)NJ49，假交替单胞菌(Pseudoalteromonassp．)NJ289，其中10℃，10d时NJ41对萘的降解率可达48．8％，5℃，i0d时可达43．2％；i0℃，10d时NJ49的降解率为45．2％，NJ289为43．5％；现保藏于国家海洋局海洋生物活性物质重点实验室低温菌种库。1．2培养方法收稿日期：2010-04—30。修订日期：201009—15基金项目：国家自然科学基金项目(40876107)，国家海洋局青年科学基金项目(2010122)，广西自然科学基金项目(0832077)和青岛市科技发展项目(09-1—3—4-jeh)资助作者简介：王以斌，1983年生，国家海洋局第一海洋研究所研究实习员e-mail：wangybl983(园163．com*通讯联系人e-mail：miaojinlai@163．c0In万方数据第2期光潜学‘，光lR分折蚺井毖为人I：海水蚺养肚(MMC)1‘NaCI24g·I．’-Mggh·7Hto70R·1．1，NHI№10g·I。．KCl07z·【J1．KH!吼20g·l，．NmHH^30E·1‘，PH75．湿搏Ⅲ茼后补加适艟微艟元煮混合液，井补“芥作为唯砖谭．萘厦馓星兀索鲐022m滤腰过罅际苗．靠“蓁为唯一碳豫酌MMC培养蓬(萘古量为400mg·I．。)巾加^话化后的NJ41．N149，NJ289茁壮藏，lo℃·120f·min“稿控摇床培养。13装置和光蕾采●奉实齄拉曼光潜采集和分析自广西科学院生物柳Ⅸ