Bt蛋白在矿物表面吸附的光谱研究.pdfVIP

Bt 蛋白在矿物表面吸附的光谱研究1 * 付庆灵，胡红青 ，陈守文，邓雅丽，黄丽 华中农业大学农业部亚热带农业资源与环境重点实验室，武汉（430070 ） E-mail ：hqhu@ 摘 要：本文利用荧光光谱，圆二色光谱 (CD)和红外光谱 (IR) 技术研究了Bt 蛋白在与矿 物吸附－解吸过程中结构变化。结果表明，在282 nm 激发光的作用下Bt 蛋白有色氨酸的 荧光峰 (338 nm) ，吸附在高岭石和蒙脱石表面的蛋白解吸后荧光峰红移了5 – 9.5 nm，而吸 附在针铁矿和二氧化硅表面的蛋白解吸后荧光峰位移不明显。Bt 蛋白在供试矿物表面的吸 附解吸过程导致其α-螺旋含量下降，β-折叠含量则增加了 4.5-17.2% ，且在一定程度上增加 了蛋白的有序结构。红外光谱结果表明Bt 蛋白与矿物可能形成表面键合作用，且矿物吸附 态蛋白的二级结构变化不明显。 关键词：Bt 蛋白；二级结构；矿物；荧光光谱；圆二色光谱；红外光谱 1 前言 苏云金芽胞杆菌 (Bacillus thuringiensis, 简称Bt)呈革兰氏染色阳性，是一种产生伴孢晶 体芽胞杆菌，在其芽孢形成过程中产生具有杀虫活性的晶体蛋白。转Bt 基因作物可通过根 系分泌物或作物残茬等方式释放 Bt 杀虫晶体蛋白进入土壤生态系统 (Palm et al., 1994; Losey et al., 1999; Saxena et al., 1999, 2002; Stotzky, 2004) 。而Bt 毒蛋白可被土壤中粘土矿物 (蒙脱石和高岭石) 、腐殖酸和有机矿质聚合体等活性颗粒快速吸附(Venkateswerlu and Stotzky, 1992; Tapp et al., 1994; Crecchio et al., 1998)，且结合态毒素很难被解吸(Crecchio and Stotzky, 2001) 。毒素蛋白被土壤颗粒吸附后能保持 6-8 个月的杀虫活性，毒性甚至比非结合态的还 强 (Saxena et al., 2002; Tapp and Stotzky, 1995, 1998) 。随着转Bt 植物的长期种植，进入土壤 的毒素一旦超过微生物的分解消耗速率，毒素就会在土壤中积累 (Donegan et al., 1995, 1996; Saxena et al., 1999, 2002)。残留在土壤中的毒素能增强对目标昆虫的控制，同时也会增强目 标昆虫毒素抗性和选择性及对非目标生物的危害作用，从而影响整个土壤生态系统的平衡 (Losey et al., 1999; Obrycki et al., 2001)。 目前Bt 毒素在土壤 (矿物) 表面的吸附已有大量研究，作者也就土壤中的低分子量有 机酸盐、无机盐离子等对毒素吸附的影响进行了研究 (Fu et al., 2007a, 2007b) 。然而有关毒 素蛋白在土壤和矿物颗粒表面吸附引起的结构变化尚无系统研究。 确定蛋白质构象最准确的方法是 X-射线晶体衍射，但对结构复杂、柔性的生物大分子蛋白 质来说，得到所需的晶体结构较为困难。二维、多维核磁共振技术能测出溶液状态下较小蛋 白质的构象，可是对分子量较大的蛋白质的计算处理非常复杂。相比之下，圆二色(Circular dichroism，简称CD) 光谱是研究稀溶液中蛋白质构象的一种快速、简单、较准确的方法。 同时荧光光谱可判断蛋白分子的内源荧光基团 (色氨酸(Trp)、酪氨酸(Tyr)、苯丙氨酸(Phe) 残基) 所处的环境变化，从而判断蛋白的结构变化情况。故本文以土壤中的常见粘土矿物蒙 脱石、高岭石、针铁矿、二氧化硅为研究对象，利用CD、荧光光谱系统研究了解吸态毒素 的二级结构变化，并结合红外光谱探讨吸附态毒素的构象变化，以期为深入研究Bt 蛋白在 土壤中的化学行为、揭示其吸附机理提供依据。 1本课题得到国家自然科学