利用多重硫同位素分化網格探討細胞新陳代謝之質量流

觀察嗜溫菌 D. gigas 作圖結果顯示分化程度最小的溫度 (27 ^oC) 相較其他 的培養溫度具有最小的f5值 (圖 4-10a），表示大部分在細胞體內的亞硫酸鹽會在 細胞內作用再氧化為硫酸鹽，而不是進一步還原為硫化物排出體外，因此若同位 素分化僅受到細胞體內硫酸鹽轉換為亞硫酸鹽的過程所影響會造成，在此溫度下 應可產生最大分化程度，但與本實驗同位素分化結果相反，表示 D. gigas 造成 硫同位素分化為一綜合性的結果無法利用單一質量流去推測。在最適生長溫度 (33 ^oC) 生長時，其 f3 和 f5 值皆非為所有培養溫度中的最小值，表示細胞通透 性與體內酵素的活性皆不是所有溫度中最大值，因此細胞生長速率並不能代表細 胞內部質量流作用的情形或是細胞內部擁有更複雜的質量流交換。除了特定溫度 下質量流的變化，將 D. gigas 的生長溫度範圍粗略，分為極低溫、低溫、中溫 和高溫四群，藉此觀察細胞內部質量流隨溫度的變化的趨勢。當溫度由高溫到中 溫時，f5 值減小許多，而中溫的溫度資料點也為所有培養溫度中具有最小 f5 值 和最大細胞生長速率的溫度範圍，表示在細胞最適合生長溫度範圍附近時，細胞 體內大部分的亞硫酸鹽會再氧化形成硫酸鹽。當溫度由中溫到低溫時，f3 值增加 表示當培養溫度由最適生長溫度下降時，細胞通透性會隨之降低，當溫度又由低 溫下降到極低溫時，發現 f5 值增加但 f3值則是減小，表示當細胞在幾乎不生長 的溫度時，細胞體內大部分的亞硫酸鹽會直接還原形成硫化物，而其細胞膜通透 性也可能增加。總體來說，經由質量流的觀察可知在本研究中嗜溫菌 D. gigas 細 胞中硫酸鹽與亞硫酸鹽之間的酵素活性與細胞膜受溫度的影響皆與理論模型並 不相同，這也可能為硫同位素分化隨溫度變化與理論模型不相同的原因。

T. commune 接近株作圖結果顯示最大分化溫度 (68 ^oC) 相較其他的培養溫 度具有最大的 f5 值 (圖 4-10b），表示大部分在細胞體內的亞硫酸鹽皆再進一步 還原為硫化物排出體外，與 D. gigas 情況相同若同位素分化僅受到細胞體內硫 酸鹽轉換為亞硫酸鹽的過程所影響會造成，在此溫度下應可產生最小分化程度，

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但與本實驗同位素分化結果相反，表示 T. commune 接近株造成硫同位素分化為 一綜合性的結果無法利用單一質量流去推測。最適生長溫度 (72 ^oC) 的 f3、f5 值 並無明顯的特點，因此 T. commune 接近株在最適溫度下質量流的變化所反應的 結果與 D. gigas 的相同。同樣將 T. commune 接近株的培養溫度分為高溫、中 溫、低溫和極低溫四個部分，其中中溫為具有最大的細胞生長速率的溫度範圍，

當溫度在中溫範圍內其 f5 值會大於其他溫度範圍，表示在細胞生長速率較快時，

細胞內部大部分亞硫酸鹽會直接還原為硫化物，而當溫度在中溫與高溫範圍內大 部分資料點的 f3 值會大於低溫和極低溫範圍，表示細胞通透性並無隨著溫度的 升高而增加，反而稍微下降。總體來說，經由質量流的觀察本研究中 T. commune 接近株其細胞膜隨溫度的變化與理論模型也不相符。

Johnston et al. (2007) 所進行的實驗與本研究相似，同樣使用溫度梯度反應 槽進行菌株培養並且進行微量硫同位素分析，培養的菌株為 Desulfobacterium autotrophicum ，與本研究所使用的 Desulfovibrio gigas 同屬於嗜溫菌，溫度範 圍為 2 到 36 ^oC，最適生長溫度為 22 ^oC，將其研究結果放入本實驗中

Desulfovibrio gigas 之多重硫同位素分化網格中進行討論 (圖 4-11)，發現不同溫 度之間質量流的特性相近並無明顯變化趨勢，與 Desulfovibrio gigas 的變化也不 相同。

總結上述觀察，細胞在特定溫度下進行硫酸鹽還原作用是具有不同的質量流 特徵，但是細胞通透性與細胞體內酵素作用的活性隨著溫度改變並無一致的規律 性變化，顯示溫度影響硫酸鹽還原作用所造成的同位素分化為十分複雜的過程，

如何經由模型精準的去預測細胞內部活動，進而推測硫同位素與溫度之間的關係 仍需要更多相關研究。

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圖4-11、Desulfobacterium autotrophicum 與 Desulfovibrio gigas 之作圖結果。將 Johnston et al. (2007) 的研究結果放入本實驗中 Desulfobacterium gigas 之多重硫 同位素分化網格內，以空心圓型做為代表。作圖結果不同溫度之間質量流的特性 相近並無明顯變化趨勢。

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