盐胁迫对雨生红球藻虾青素累积、虾青素合成相关酶基因表达和抗氧化指标的影响

为探讨盐胁迫对雨生红球藻(Haematococcus pluvialis)虾青素合成的影响与机理,以及雨生红球藻各抗氧化机制之间的关系,本研究采用生化和分子生物学方法研究了不同浓度(0.04 mol/L、0.08 mol/L、0.12 mol/L和0.16 mol/L)和不同时间(3 d、6 d和9 d)的盐(Na Cl)胁迫对雨生红球藻生长、虾青素积累、番茄红素β-环化酶(Lcy)、β-胡萝卜素羟化酶(Crt R-B)和β-胡萝卜素酮化酶(Bkt)基因表达、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)的活性以及丙二醛(MDA)含量的影响。结果表明,各胁迫时间的雨生红球藻的密度均随着盐胁迫浓度的增加而不断下降,在盐胁迫的第9天,雨生红球藻的死亡率和孢子比例均随着盐胁迫浓度的增加而不断升高;雨生红球藻虾青素含量、Lcy、Crt R-B和Bkt基因表达量均随着盐胁迫浓度和时间的增加而不断提高;雨生红球藻SOD、CAT和GSH-Px活性以及MDA含量在不同浓度和不同时间的盐胁迫下与对照组(0.00 mol/L Na Cl)相比均升高,且在不同时间的0.12 mol/L Na Cl胁迫下与对照组相比均显著升高(P0.05);雨生红球藻虾青素含量、Lcy、Crt R-B和Bkt基因表达量在盐胁迫的早期(第3天)和中期(第6天)阶段较低,在盐胁迫的后期(第9天)阶段较高,而SOD、CAT和GSH-Px活性以及MDA含量在盐胁迫的早期和中期阶段较高,在盐胁迫的后期阶段较低。实验结果说明了适当浓度和时间的盐胁迫能促进雨生红球藻累积虾青素,雨生红球藻在盐胁迫下主要是通过提高虾青素合成相关酶基因的转录水平来促进虾青素的合成,其虾青素和抗氧化酶的抗氧化活性可能互为补充,共同保护雨生红球藻免受盐胁迫的氧化损伤。     

锰钼组合在盐藻生长与物质积累中的作用

研究了微量元素锰、钼的不同质量浓度组合对盐藻细胞生长与物质积累的影响.试验结果表明,培养液中适当锰钼质量浓度的组合对盐藻细胞的生长和物质积累有促进作用,而锰钼质量浓度过高或过低则都是相对不利的.在试验的9种锰钼质量浓度组合中,以培养液中4 mg/L锰和60 μg/L钼质量浓度组合对盐藻细胞的生长和物质积累促进作用最好,它可使培养液中的盐藻细胞密度、蛋白质积累量和β-胡萝卜素积累量均达到最高.培养液中6 mg/L的锰和80 μg/L的钼质量浓度组合可使单个盐藻细胞中β-胡萝卜素、蛋白质积累量最高,但可能仅是在锰、钼过多的逆境条件下,盐藻细胞的适应性反应.     

高温胁迫对盐藻和塔胞藻叶绿素荧光动力学的影响

利用调制式叶绿素荧光仪(Water-PAM)测定了高温胁迫(35～50 ℃)下盐藻(Dunaliella salina)和塔胞藻(Pyramimonas sp.)叶绿素荧光动力学特性的变化.测定的主要参数有:光系统Ⅱ(PSⅡ)的最大光能转化效率(Fv/Fm),PSⅡ的潜在活性(Fv/Fo),PSⅡ的实际光能转化效率(諴SⅡ=yield),光合电子传递效率(ETR),光化学淬灭(qP)和非光化学淬灭(NPQ).结果表明,与对照组(25 ℃)相比,高温胁迫下2种绿藻的叶绿素荧光参数Fv/Fm、Fv/Fo、諴SⅡ、ETR和qP均明显降低,并且随着胁迫温度的升高,胁迫时间的延长,下降幅度也逐步增大;高温胁迫下盐藻的NPQ先升高后下降.塔胞藻的NPQ随时间的变化趋势与温度有关,35 ℃和45 ℃处理下,塔胞藻的NPQ随着处理时间的延长而逐渐下降;40 ℃处理下NPQ则先下降后上升.盐藻的耐热性较好,在40 ℃和45 ℃下处理10 min后,经过一定的时间各荧光参数可恢复到接近对照水平,在50 ℃下处理10 min后各荧光参数则不能恢复.塔胞藻的耐热性较差,在35 ℃和40 ℃处理10 min后,经过一定的时间后各荧光参数可基本恢复,而在45 ℃下处理10 min后则不能恢复.本研究还对高温胁迫下2种绿藻的响应机制以及叶绿素荧光技术在筛选耐高温微藻品系中的应用进行了初步探讨.     

杜氏盐藻和亚心型扁藻混合培养生长的初步研究

在实验室条件下研究了杜氏盐藻和亚心型扁藻在单独培养和相同接种比例混合培养下的生长情况。结果显示,单独培养盐藻的生长经历了3个明显的阶段,生长曲线呈现"S"型;单独培养扁藻与混合培养藻在18 d内还未到达稳定期,仍保持一定的生长态势。混合培养、单独培养盐藻以及单独培养扁藻的最大光密度值(OD680)分别为0.784、0.702和0.765。混合培养藻的生物量(0.841 mg/ml)也稍高于单独培养盐藻(0.582 mg/ml)和单独培养扁藻的生物量(0.819 mg/ml)。试验结果表明,混合培养盐藻和扁藻具有一定的促进藻生长和提高生物量产出的潜力。     

盐藻醛缩酶的盐适应性及其与物质积累的关系

在不同N aC l质量浓度下培养盐藻,分析盐藻醛缩酶的盐适应性及其与物质积累的关系。试验结果表明,在NaCl质量浓度为40～120 g/L时,盐藻醛缩酶活性与盐度具有正相关性;在NaCl质量浓度为120～200 g/L时,盐藻醛缩酶活性与盐度具有负相关性;在NaCl质量浓度为120 g/L时,盐藻醛缩酶活性最高。盐藻醛缩酶是一种高盐适应酶。盐藻醛缩酶活性与盐藻细胞密度、叶绿素形成和蛋白质积累均呈正相关关系。在盐藻醛缩酶活性最高时,盐藻物质积累量最多。     

盐藻过氧化氢酶对盐的适应性及其与物质积累的关系

将盐藻分别接于NaCl质量浓度为40、80、120、160、200g/L的培养液中,置光照培养箱中培养,分析盐藻过氧化氢酶对盐的适应性及其与物质积累的关系。结果表明,在NaCl质量浓度为40～120g/L和120～200g/L的范围内,盐藻过氧化氢酶活性与NaCl质量浓度分别具有正负相关性;在盐度为120g/L时,盐藻过氧化氢酶活性最高。盐藻过氧化氢酶是一种高盐适应酶,活性与盐藻细胞密度、叶绿素形成和蛋白质积累呈正相关关系。在盐藻过氧化氢酶活性最高时,盐藻物质积累量最多。     

铜对盐藻生长与物质积累的调控作用

实验研究了不同浓度的铜对盐藻细胞生长与物质积累的调控作用。结果表明:培养液中供给铜过多或过少都不利于盐藻细胞的生长与物质积累。以培养基中125μg/L的铜浓度对盐藻细胞生长、蛋白质合成与β-胡萝卜素积累的促进作用最大。这一铜浓度可用于盐藻的生产性培养。当培养液中铜浓度较高(175μg/L)或较低(25μg/L)时,单个盐藻细胞中的蛋白质与β-胡萝卜素含量较高,但因培养液中细胞密度较低,盐藻细胞积累的物质总量仍然较少。在铜浓度较高或较低的逆境条件下,盐藻可能通过适应性反应形成了逆境蛋白质与胡萝卜素等。     

盐胁迫条件下盐藻的生长及特异表达蛋白的研究

采用不同NaC1浓度培养盐藻.通过分光光度法记录其生长状态.试验结果表明,在NaC1浓度为1.0～2.0 mol/L时.盐藻生长状态良好;NaCl浓度为3.0～4.0 mol/L时盐藻生长缓慢;盐藻经不同NaCI浓度培养0.5、5、23 h后抽提蛋白,所获得的粗提蛋白经SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳分离,观察不同NaCI浓度培养液中生长的盐藻可溶性蛋白质SDS-PAGE图谱.发现在低NaC1浓度(1.0～2.0 mol/L)下培养时23、51 kD蛋白略有变化但变化不大;在高NaC1浓度(3.0～4.0 mol/L)下胁迫5、23 h时23 kD蛋白显著增加;高NaC1胁迫23 h时51 KD蛋白含量下降明显.验结果证明51、23 kD蛋白可能与盐藻耐盐机制有关.     

6-BA与盐藻生长的关系

试验结果表明,在6-BA质量浓度较低时,6-BA与盐藻生长正相关;在6-BA质量浓度较高时,6-BA与盐藻生长负相关;培养液中1.5 mg/L的6-BA是盐藻的最佳促生长质量浓度,且6-BA对盐藻生长的促进效果可被萘乙酸(NAA)提高.     

一株野生型耐饱和盐度的盐藻

从江苏盐城射阳盐场自然海水中分离得到一株可在NaCl浓度为6.15 mol/L培养基中很好生活的野生型盐藻,是目前已报道的最高盐度.研究其在不同盐度下的生长适应性,发现该盐藻细胞可以生活在多个NaCl浓度培养基中;以纵裂方式增殖;盐藻细胞通过改变自身的形状和形成透明状膜来快速响应盐度突然改变.