初潤

（大連理工大學(xué)生物工程學(xué)院，遼寧大連 116024）

0.引言

作為海洋及地球最大的初級生產(chǎn)者，海洋藻類為海洋及地球提供極大的能量，可在較大程度上對海洋及地球環(huán)境進行改善[1-2]。近年來，隨著科學(xué)家對海洋藻類不斷深入研究發(fā)現(xiàn)，其存在獨特的生物功能性物質(zhì)，不僅能夠?qū)Ｑ蟓h(huán)境起到有效的修復(fù)作用，同時通過加工后會為人類提供蛋白質(zhì)與良好的保健作用[3-4]。同其他生物一般，海洋藻類也需要不斷進行新陳代謝，通過研究發(fā)現(xiàn)，其新陳代謝主要由諸多酶的催化下進行作用，因此酶的活性對于藻類的生長發(fā)育產(chǎn)生直接影響[5]；同時通過進一步研究發(fā)現(xiàn)，環(huán)境因子的變化又會在一定程度上影響酶的活性，從而對藻類的生長發(fā)育產(chǎn)生影響[6]。對此本文將分析環(huán)境因子對海洋藻類酶活性的影響及其應(yīng)用。

1.物理因素對海洋藻類酶活性產(chǎn)生的影響

1.1 光照

光照的強度、質(zhì)量、周期均對藻類酶的活性變化產(chǎn)生影響。在胡忻等人的研究中，作者進行了光對高盒形藻硝酸還原酶（NR）的影響實驗，通過結(jié)果可知，光對NR活性的誘導(dǎo)存在晝夜節(jié)律情況。依據(jù)國外學(xué)者Ramalho等人的研究可知，甲藻NR活性的晝夜變化能夠與酶蛋白含量的晝夜變化保持平行，并且僅在硝酸鹽參與時，光信號才能夠?qū)R蛋白合成過程進行誘導(dǎo)，然而在黑暗中NR蛋白則又會發(fā)生降解現(xiàn)象。NR活性會隨著光照時間的延長而變強，在某一小范圍內(nèi)NR會產(chǎn)生最大的活性。光可對大型海藻及某些微藻對NO3-的吸收形成刺激，依據(jù)相關(guān)的研究顯示，雖然部分藻類在未接受光照的情況下也能夠吸收NO3-，但僅限于巨藻。光周期也會對海藻吸收NO3-產(chǎn)生影響，分析原因在于NR的合成與活性此種顯著的晝夜節(jié)律[7]。依據(jù)國內(nèi)相關(guān)學(xué)者的研究可知，α-半乳糖苷酶具有顯著的活性日變化現(xiàn)象，在光照開始的3 h內(nèi)，酶活性并未表現(xiàn)出顯著的變化，甚至還呈現(xiàn)出下降的特點，之后隨著光照時間的不斷延長，其活性會顯著的提升；在光照6h時，酶活性達到峰值，之后開始緩慢降低；在未接受光照情況下，酶的活性始終保持于較低水平，并緩慢下降，通過上述學(xué)者的結(jié)果表明，相比于非光照情況，光周期內(nèi)的酶活性明顯高，峰值約為骨質(zhì)的3.6倍。在光照情況下，紅藻糖苷的合成速度會加快，且其代謝酶α-半乳糖苷酶與磷酸化酶的活性也會顯著提升；然而在非光照情況下，紅藻糖苷的合成、降解與總體含量明顯較低，代謝酶的活性也會在較大程度上降低。

1.2 溫度

溫度會在較大程度上影響NO3-的釋放，也會影響NR與三磷酸腺苷（ATP）含量，成為對蛋白、碳水化合物與碳進行調(diào)節(jié)的主要因子，通過實驗表明，隨著溫度的升高，蛋白、碳水化合物與碳的含量會顯著降低，反之則升高。溫度是影響海藻NR活性的重要因素，也是對大型海藻營養(yǎng)吸收進行控制的重要因子，溫度對不同離子吸收會產(chǎn)生不同的影響，當(dāng)溫度下降時，會降低長海帶對NO3-的吸收率，但卻不會對一種墨角藻對NO3-的吸收率產(chǎn)生明顯的影響，分析原因在于上述兩種海藻最適的NR活性存在不同的溫度范圍[8]。

在海洋當(dāng)中，如果藻類的品種不同，那么它們也會存在著不同的臨界溫度，同時體內(nèi)的活性酶其實也存在著不同的適應(yīng)溫度。根據(jù)國內(nèi)相關(guān)學(xué)者的研究結(jié)果便可以得知[9]，過氧化氫酶的溫度一般來說會保持在10℃～15℃左右，個別需要控制在5℃～20℃左右，在55℃的時候進行5min的加熱，在這個時候活性就會減半，在60℃～65℃左右的溫度下進行15min的加熱，那么活性就會完全喪失。根據(jù)國內(nèi)相關(guān)學(xué)者的研究可以得知[10]，通過針對于螺旋藻的過氧化氫酶進行相關(guān)的研究可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)竭_了某個溫度的時候，螺旋藻的過氧化氫酶就會表現(xiàn)出非常高的活性，而且不同的螺旋藻的過氧化氫酶活性也完全不同，并且也能夠表現(xiàn)出非常大的溫度性差異。

可以發(fā)現(xiàn)光照包括溫度針對于海洋當(dāng)中的藻類的生長率以及營養(yǎng)的吸收都會產(chǎn)生一定的影響，相較于營養(yǎng)吸收率來說，其實生長率針對于光照的反應(yīng)是更加明顯的，分析其原因可能在于藻類當(dāng)中的酶類活性物很容易就會受到光照的影響。在冬季中由于光照跟溫度條件都是比較低的，所以說，在很大程度上會限制藻類的生長以及酶的反應(yīng)速率。但是，在這個時候藻類的體內(nèi)色素，包括酶的濃度都會出現(xiàn)補償性增加的特點，所以，這也是海藻適應(yīng)季節(jié)性的一個顯著特征。

2.化學(xué)因素對海洋藻類酶活性產(chǎn)生的影響

2.1 鹽度

經(jīng)過研究之后可以發(fā)現(xiàn)，對于海洋當(dāng)中藻類酶的活性來說，鹽度的變化也會對其產(chǎn)生一定的影響。根據(jù)國內(nèi)相關(guān)學(xué)者的研究可以發(fā)現(xiàn)有學(xué)者在進行實驗的過程當(dāng)中，選擇把龍須菜放在鹽度不同的營養(yǎng)液當(dāng)中對其進行培養(yǎng)，并且觀察龍須菜礦半乳糖苷酶的具體活性。經(jīng)過觀察之后，發(fā)現(xiàn)在進行了3d培養(yǎng)之后，龍須菜的3個品系表現(xiàn)的酶活性變化是非常相近的，也就是說相較于高鹽度來說，在低鹽度當(dāng)中酶活性會更加的高一些。依據(jù)國外相關(guān)學(xué)者的研究報道內(nèi)容可知[11]，高鹽度會在較大程度上提升紅藻糖苷的含量。酶活性變化也對紅藻糖苷的滲透調(diào)節(jié)作用進行了間接反映，當(dāng)外部為低鹽滲透壓力時，α-半乳糖苷會產(chǎn)生較高的酶活性，而紅藻糖苷會在較大程度上被降解；當(dāng)外部為高鹽滲透壓時，α-半乳糖苷的酶活性則會降低，紅藻糖苷則不會在較大程度上被降解。

2.2 氮濃度

氮濃度的不同也會對α-半乳糖苷酶活性產(chǎn)生不同的影響。依據(jù)孫雪[12]等人的研究可知，作者使用不同濃度的營養(yǎng)鹽濃度分別對龍須菜α-半乳糖苷酶活性進行測試，通過結(jié)果可知，培養(yǎng)基氮濃度的不同變化會對α-半乳糖苷酶活性產(chǎn)生較為復(fù)雜的影響。隨著氨濃度的不斷提升，α-半乳糖苷酶的活性會表現(xiàn)出先上升后下降再升高的特點。若未在培養(yǎng)基中添加氮源，則α-半乳糖苷酶活性低于氮濃度是1N時的酶活性，分析原因在于可能氮的缺乏對α-半乳糖苷酶蛋白的合成形成了限制。依據(jù)國外學(xué)者的研究發(fā)現(xiàn)，海水中氮含量對紅藻糖苷的影響時認為，氮的加入直接對UDP-D-半乳糖與磷酸甘油形成刺激，使得紅藻糖苷的含量在較大程度上提升。在曹特等人的研究中，作者探討分析不同濃度的碳酸銨與硝酸鉀對藻類的超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）、過氧化物酶（POD）、抗壞血酸過氧化物酶（APX）的活力進行實驗，作者分別采取4種濃度的碳酸銨及5種濃度的硝酸鉀對金魚藻實施急性處理，分別于5h～48h內(nèi)測定植株SOD、CAT、POD、APx的活力，通過結(jié)果可知，使用銨鹽處理后，在SOD、CAT、POD、APx酶中，CAT產(chǎn)生最大的活性變化情況，在5h～15h時，CAT活性會隨著處理濃度升高而提升；使用硝酸鹽處理后，SOD、APX、CAT活性在24h時表現(xiàn)出顯著的提升，SOD與CAT活性產(chǎn)生最大的活性變化情況，在硝酸鹽的濃度較低時，SOD與CAT的活性會顯著提升，然而在硝酸鹽的濃度較高時，SOD與CAT的活性會顯著下降。使用銨鹽與硝酸鹽進行處理后，APX活性均最低，CAT變化規(guī)律與其一致。

2.3 鎘濃度

在楊艷華[13]等人的研究中，作者觀察了不同濃度鎘對黑藻葉光化學(xué)與NR特性的影響情況，通過結(jié)果可知，黑藻葉片的葉綠素含量、葉綠素a與b比值的活性會隨著Cd2+濃度的增加而下降；而其葉綠體ATP的含量、NR的活性則表現(xiàn)出先上升而后下降特點，對結(jié)果進行總結(jié)發(fā)現(xiàn)，相關(guān)監(jiān)測人員可按照黑藻葉光化學(xué)與NR特性的變化對鎘的污染程度進行監(jiān)測判斷。

2.4 pH

依據(jù)國外相關(guān)學(xué)者的研究可知[14]，作者對pH關(guān)于中肋骨條藻NO3-吸收、積累及其化學(xué)組成的影響進行了詳細分析研究，通過結(jié)果可知，pH對NO-的吸收及胞內(nèi)NO-33庫均會產(chǎn)生影響，當(dāng)pH值為8.5時，影響度最高，當(dāng)pH值為9.0時，影響度會在較大程度上降低；而細胞內(nèi)的Chl-a、蛋白質(zhì)、RNA、DNA則不會受到影響。在其他國外學(xué)者的研究中，作者對高pH值對細基江蘺生長、營養(yǎng)鹽吸收的影響進行了深入的研究，通過結(jié)果可知，當(dāng)pH值為9～10，不會對細基江蘺生長、營養(yǎng)鹽吸收產(chǎn)生不良影響，并向相比于NO3-，在介質(zhì)中添加NH4+時會導(dǎo)致pH值產(chǎn)生更大的波動，介質(zhì)的pH值會隨著光合作用的進行而升高，對NH4+的吸收可有效地減慢介質(zhì)pH值的升高速度，分析原因在于當(dāng)細胞吸收一個NH4+的同時會排出一個H，以保證膜內(nèi)外保持平衡狀態(tài)的離子濃度與電位；然而若吸收一個NO3-，便需要消耗一個H+，則會提升pH值。在栗淑嬡等人的研究中，作者對螺旋藻CAT進行了研究，雖然不同來源的螺旋藻的CAT存在不同的最大活性，然而若pH為10下，則CAT的活性最高。

3.生物因素對海洋藻類酶活性產(chǎn)生的影響

藻類不同部位的NR活性也存在較大的差異。依據(jù)國內(nèi)相關(guān)學(xué)者的研究可知，作者對海帶NR活性進行研究，通過結(jié)果可知，NR活性與水深存在密切關(guān)聯(lián)，在垂直苗繩的上下端，通過比較可知，上端酶的活性明顯較高，分析原因可能與上端光照充足存在密切關(guān)聯(lián)，NO3-在受到NR的催化后會形成NO2-，在此過程中需將NADPH作為還原劑，然而由于未獲得足夠的光照，無法獲得較多的光合產(chǎn)物，從而使得NADPHso明顯較低，導(dǎo)致下端的酶的活性較低。因此，在海帶養(yǎng)殖時需要對苗繩的深度進行適當(dāng)調(diào)整，以便能夠獲得更多的光照，提升光合速率與氮代謝水平，最終能夠在較大程度上提升海帶的質(zhì)量。根據(jù)不同的試驗結(jié)果顯示，無論是海帶還是裙帶菜，在幼苗期還是成熟期，其葉片尖端酶均具有較高的活性，原因可能與爛尖存在密切關(guān)聯(lián)。當(dāng)藻體發(fā)生病爛情況后，細胞結(jié)構(gòu)會出現(xiàn)解體情況，NR外溢，使得酶與底物進行充分的接觸，加快反應(yīng)速度。

4.海藻酶活性研究的應(yīng)用前景

4.1 可作為環(huán)境治理的酶

當(dāng)我們選擇使用酶來進行環(huán)境治理的時候，主要可以分為幾種類型：（1）使用酶來針對于食品當(dāng)中的工業(yè)廢水進行集中的處理，例如，我們可以使用糖化酶以及蛋白酶等；（2）使用酶針對于造紙行業(yè)所產(chǎn)生的廢水進行處理，包括纖維素酶等；（3）針對于芳香族化合物進行處理，主要包括酪氨酸酶以及萘雙氧合酶等；（4）使用酶針對于氰化物進行處理，主要包括氰化酶以及氰化物水合酶；（5）使用酶針對于有機磷農(nóng)藥進行集中的處理，主要包括硫磷水解酶等；（6）使用酶針對于重金屬進行處理，包含磷酸酶、貢還原酶等。

4.2 應(yīng)用于分子生物學(xué)與醫(yī)學(xué)領(lǐng)域

酶是一種蛋白質(zhì)，其利用空間明顯較大。對于江蘺藻體而言，其具有較高的藻紅蛋白含量，是一類寡聚蛋白，會對癌細胞起到良好的光動力殺傷效果，并且能夠?qū)Σ±砜乖M行檢測，同時還具有類胰島素活性；藻藍蛋白也是一種寡聚蛋白，能夠發(fā)揮良好的抑制癌細胞、提升免疫系統(tǒng)應(yīng)答能力、提高造血功能的效果，因而具有較高的醫(yī)用價值。

5.結(jié)語

海洋藻類中存在的酶對于海洋環(huán)境的修復(fù)及對各種污水、廢水的處理具有重要作用，能夠顯著改善環(huán)境，通過深入的研究能夠使其獲得加廣泛地應(yīng)用范圍。