坛紫菜的细胞学观察

为了阐明雌雄异体紫菜减数分裂的发生时期,对坛紫菜生活史的各阶段进行了细胞学研究.用卡诺固定液(无水酒精:冰醋酸=3:1)分别固定室内培养的坛紫菜各生活阶段的活体材料,在明亮处放置数日使细胞褪色至白色.然后,先用铁矾苏木精染液对固定材料进行染色处理,再进行压片、显微观察和拍照记录.观察结果表明,精子囊细胞、叶状体营养细胞和2个细胞的壳孢子萌发体中的核相是单倍的,染色体数N=5;果孢子、丝状体细胞、膨大细胞和壳孢子的核相是双倍的,染色体数2N=10.精子囊细胞、果孢子和丝状体细胞的分裂是有丝分裂.在壳孢子萌发的第1次细胞分裂过程中,观察到了减数分裂的细线期、偶线期、双线期、终变期、中期和后期等;壳孢子萌发的第1次细胞其分裂结果导致了染色体数目减半.上述研究结果表明,在雌雄异体的坛紫菜生活史中,壳孢子萌发的初始分裂是减数分裂.     

紫菜丝状体阶段核分裂特征观察

对条斑紫菜和坛紫菜的果孢子、丝状体以及壳孢子的核分裂进行了细胞学观察。结果表明,两种紫菜染色体数分别是3和5,从果孢子萌发到壳孢子萌发阶段为二倍体核,核分裂都具同源染色体配对特征。在果孢子萌发和营养藻丝、孢子囊枝和壳孢子囊细胞分裂中,分裂前期末同源染色体紧密配对聚合,进入中期染色体在赤道面上排列,同源染色体仍一一对应,后期染色单体分离。在壳孢子萌发的核分裂中,前期同源染色体配对更加紧密,中期过程出现联会染色体分离的特征,后期同源染色体分离,显示减数分裂特点。本文还讨论了有丝分裂同源染色体配对现象对观察研究紫菜二倍体细胞核分裂的影响。     

贝壳紫菜单孢子和叶状体的研究

贝壳紫菜的叶状体是由丝状体直接产生的。通过试验，笔者发现贝壳紫菜生活史中虽没有壳孢子，但存在着单孢子。由单孢子萌发发生的叶状体在形态上与由丝状体直接发育而来的叶状体相似，而前者的生长速度较后者快。经Ｗｉｔｔｍａｎｎ氏染色法染色，１－３细胞期的单孢子幼叶状体的细胞间不存在胞间联系。本种的单孢子囊仅出现在叶状体成熟阶段，在幼苗期未发现有单孢子放散。由于在贝壳紫菜的生活史中存在果孢子和单孢子而没有壳孢子     

印度产紫菜Pyropia chauhanii的细胞学观察

本文对印度产紫菜Pyropia chauhanii不同生活史阶段的染色体进行了系统细胞学观察。用卡诺氏固定液分别对室内培养的P. chauhanii各生活史阶段的活体组织进行固定后,置有光照处使组织色素体褪至约无色,用醋酸铁苏木精染色液对组织作染色和压片处理后进行显微观察。观察结果表明：叶状体阶段的营养细胞、精子囊内未成熟精子和果胞均为单倍核型（n=3）;丝状体阶段的果孢子、丝状体的营养细胞和膨大细胞均为双倍核型（2n=6）;由丝状体产生的壳孢子在萌发初期发生减数分裂后,由双倍核型（2n=6）变成了单倍核型（n=3）。当叶状体发生单性生殖产生丝状体时,游离出来的类果孢子发生染色体自然加倍,其萌发体和随后形成的丝状体营养细胞和膨大藻丝细胞均为双倍核相（2n=6）。当叶状体产生单孢子进行无性繁殖时,单孢子和其萌发体的细胞均为单倍核型（n=3）。     

细胞骨架和粘性多糖对坛紫菜壳孢子极性形成的影响

应用解聚微丝和微管细胞骨架的特异性药物,结合组织化学染色方法观察了坛紫菜壳孢子早期发育阶段中的细胞极性形成过程。观察结果表明,坛紫菜壳孢子从放散入水作变形运动到萌发成二细胞的孢子苗共有两次细胞极性形成过程:第一次发生在坛紫菜壳孢子作变形运动期间(形成前后轴);第二次发生在壳孢子拉长呈椭圆形的一细胞萌发体期间(形成细胞的上下轴)。在这两次细胞极性形成过程中,壳孢子外的粘性多糖,尤其是硫酸化的酸性粘多糖主要聚集在运动壳孢子的后缘和壳孢子萌发体的下方,说明粘性多糖有协同形成、稳定壳孢子细胞极性的作用。刚放散的壳孢子经高浓度的细胞骨架抑制剂处理后,壳孢子的正常运动被阻止,从而影响壳孢子的第一次细胞极性形成,导致壳孢子不能萌发。运动后的壳孢子经高浓度的抑制剂处理后,出现了假根形成和细胞分裂面不正常的畸形萌发体,它们的基部均没有粘性多糖的显色。     

条斑紫菜叶状体细胞的发育与分化

条斑紫菜壳孢子经室内10～80d培养后长成的叶状体分别被酶解成单个细胞，后者在液体培养基中发育成正常叶状体、畸形叶状体、细胞团、性细胞囊等10种不同类型的再生体，它们的形态与结构、细胞排列与大小，放散单孢子难易程度及最终发育结果等均不同。来自日龄不同的种藻的细胞，其再生体类型的数目和各类再生体的百分数不同。当种藻日龄为10～30d时，在它们的单离细胞再生体中出现了极少的细胞团，正常叶状体和具假根畸形叶状体的百分数随着种藻日龄的增加，急剧减少，但不具假根．的畸形叶状体百分数却随着种藻日龄的增加而增加。当种藻日龄大于40d以后，它们的单离细胞就几乎不能直接再生成正常叶状体。随着种藻日龄的增加，细胞再生体中不具假根的畸形叶状体百分数也显著减少，而细胞团的百分数急剧上升，精子囊和果胞子囊的数量也逐渐上升。来自同一藻体不同部位的细胞，在它们的再生体中，随着细胞所处藻体部位的上移，正常叶状体和畸形叶状体的百分数急剧减少，而细胞团百分数却不断增加。上述结果说明，在离体条件下，条斑紫菜叶状体的单离细胞发育成不同类型的再生体，是由于它们在种藻里处于不同分化阶段的缘故；同时，初步得出在条斑紫菜叶状体的发育过程中，从壳孢子细胞分化成性原细胞的过程可分为8个不同的分化阶段。     

条斑紫菜自由丝状体扩增的意义及影响因子

紫菜的生活史由两个形态截然不同的阶段组成,即宏观的叶状体阶段和微观的丝状体阶段.条斑紫菜(Porphyra yezoensis Ueda)的丝状体是其生活史中的一个重要阶段.通常果孢子是粘附在含钙的贝壳等基质上萌发,并钻入壳内生长、发育成贝壳丝状体(conchocelis),如果不钻壳,在培养液中悬浮生长,这种丝状体称为自由丝状体(free-living conchocelis)[1,2].     

紫菜属海藻色素突变的研究

使用化学诱变剂MNNG(N-甲基-N’-硝基-N-亚硝基胍)对条斑紫菜、坛紫菜、少精紫菜和华北半叶紫菜的叶状体、丝状体和壳孢子进行诱变,研究与分析了紫菜属海藻色素突变的发生与表达。结果显示,在合适的诱变剂量范围内,紫菜各生长阶段藻体均发生较高的突变率,但突变的表达特征不同。叶状体以细胞为单位发生点状突变,突变细胞的生长形成了各种突变斑块的无序镶嵌,显示单倍体细胞的致变结果。经诱变的丝状体虽表现较低的突变率,然而诱变引发的突变却主要在后代叶状体中表达,显示为二倍体细胞的突变表达规律。壳孢子突变随萌发个体的细胞分裂被立即表达,显示细胞倍性发生变化的遗传特征。本文还讨论了色素突变表达规律显示的减数分裂过程及其对藻体形态建成的影响。     

坛紫菜雌雄叶状体的细胞分化比较

以室内培养20～90 d的坛紫菜雌雄叶状体为研究材料，用酶解法分别获取单离细胞进行再生培养。在雌雄叶状体的体细胞再生体中，都出现9种不同发育类型。再生体发育类型的数目和比例与种藻日龄密切相关等结果，证实了离体培养的单离细胞发育成不同形态的再生体是基于其离体前处于不同分化时期所致；由壳孢子分化成性母细胞大致可划分成8个不同阶段。雌雄叶状体的细胞分化途经大致相同，但也有一定差异，雌性叶状体的细胞最终分化成雌性性母细胞，并产生大量的丝状体；而雄性叶状体的细胞最终分化成雄性性母细胞，绝大部分生成精子，但极少数产生丝状体。在雌雄叶状体的细胞再生体中，均产生 “类单孢子”并长成正常叶状体。雄性叶状体成熟较雌性早，与其细胞分化速度较快有关。成熟期不同的雌性品系观察结果表明，叶状体成熟越早、生长期越短，其体细胞分化速度也越快。     

条斑紫菜壳孢子采苗的四大误区

近年来，江苏省南通市的条斑紫菜（Porphyra yezoensis Ueda）养殖发展迅速。2005年全市养殖面积创历史记录，达7598hm^2，已成为全国最大的紫菜养殖基地，同时，条斑紫菜贝壳丝状体培育面积达12万m^2。但是，因各紫菜育苗场的技术水平参差不齐，常有育苗、壳孢子采苗失败等问题出现，影响了紫菜生产。笔者根据自己多年的实践经验，提出了条斑紫菜壳孢子采苗前后丝状体培育及壳孢子采苗时易出现的四大误区，供紫菜育苗场以及壳孢子采苗技术人员参考。     

坛紫菜叶状体的抗生素联合除菌效果

为研究坛紫菜及其外生菌群对氯霉素、竹桃霉素和头孢噻肟3种抗生素的敏感性,通过将其与氨苄青霉素、卡那霉素和庆大霉素的组合,优化坛紫菜叶状体的除菌方法,并利用涂布平板、qRT-PCR及16S rRNA测序分析其除菌效果。结果显示,当坛紫菜先以氨苄青霉素(300 mg/L)、卡那霉素(100 mg/L)和庆大霉素(100 mg/L)混合处理18 h,再以氯霉素(50 mg/L)、头孢噻肟(200 mg/L)和竹桃霉素(50 mg/L)混合处理4 d,叶状体的健康率保持在96.3%以上,而对可培养细菌的抑制率达到99.9%。根据qRT-PCR和16S rRNA的结果可知,该种组合方法较前3种抗生素的组合,其菌总数下降41.5%,微生物的丰度和多样性指数明显下降。其中,假单胞菌、交替赤杆菌、交替单胞菌以及海杆菌等得到针对性的抑制。研究表明,多种抗生素的优化组合能够对坛紫菜叶片的菌群结构产生显著影响,使其受到抑制,但仍无法达到绝对除菌的效果。     

坛紫菜有丝分裂阻滞缺陷蛋白2基因(Ph-mad2)的克隆及其在单性生殖过程中的表达

为探究坛紫菜雌配子体单性生殖过程的细胞二倍化机制,实验基于坛紫菜雌性配子体的转录组信息,克隆和分析了坛紫菜的有丝分裂阻滞缺陷蛋白2(PhMAD2)基因(Phmad2),同时对其在坛紫菜单性生殖发生过程中处于不同发育时期的细胞中的表达特征进行了初步研究。结果显示,坛紫菜Ph-mad2基因的cDNA的完整开放阅读框为672 bp,编码223个氨基酸,分子量为23.8 ku。从氨基酸序列比对结果可知,坛紫菜PhMAD2蛋白中所具有的典型的HORMA结构域和保守的丝氨酸和苏氨酸磷酸化位点,均与团藻和莱茵衣藻MAD2蛋白相同。系统发育分析表明,坛紫菜与藻状菌纲的异丝水霉和寄生水霉的亲缘关系最近。实时荧光定量PCR检测显示,与可进行正常有丝分裂的营养细胞相比,在坛紫菜单性生殖过程中发生细胞二倍化的生殖细胞和单性孢子时期,Ph-mad2基因的表达量显著下降;但是,在随后可进行正常有丝分裂的单性孢子萌发体细胞和处于营养生长期的单性孢子体细胞中则表达上调。这一结果暗示Ph-mad2基因的表达下调可能阻碍了坛紫菜单性生殖初期单倍体细胞进行有丝分裂时纺锤体组装检验点的形成,在一定程度上致使它们发生了染色体加倍。     

尿囊素对印度产紫菜Pyropia chauhanii单孢子放散和体细胞分化的影响

为探讨尿囊素对印度产紫菜Pyropia chauhanii单孢子形成与放散的影响,选用能释放单孢子的野生型品系(PC-WT)与不能释放单孢子的诱变品系(PC-Y1)为实验材料,用含不同浓度尿囊素的培养液分别培养来自叶状体梢、中和基部的圆盘体。结果显示,处理后6 d,不同部位的叶状体圆盘体的单孢子放散量次序为中部梢部基部;随着尿囊素浓度的增加,PC-WT品系叶状体圆盘体的单孢子放散总量呈先升后降的趋势,其中10mmol/L是促进单孢子放散的最适浓度;但尿囊素并不能使原本不放散单孢子的PC-Y1品系释放单孢子。用含20 mmol/L尿囊素的培养液培养PC-Y1品系的叶状体圆盘体,8 d后再用酶解法将其体细胞单离出来经体外培养后发现,经尿囊素处理的单离细胞发育成丝状体的百分率为66.1%,而不含尿囊素的对照组仅为15.2%,说明尿囊素对紫菜叶状体的体细胞向生殖细胞分化具一定的促进作用。     

不同高温胁迫条件下的坛紫菜中植物激素分析

为了研究高温胁迫条件下内源性植物激素的变化趋势与坛紫菜在高温耐受性之间的相互关系,实验以在宁波象山采集的"浙东1号"坛紫菜叶状体为样品,以液相色—谱质谱联用的选择离子模式作为分析手段,系统地分析了高温胁迫条件下,坛紫菜中11种植物激素含量的变化。结果显示,在高温胁迫环境中共检测出7种植物激素,分别为异戊烯腺苷、异戊烯腺嘌呤、反式玉米素核苷、吲哚乙酸、茉莉酸甲酯、水杨酸和茉莉酸。在20、25、28和35°C下,茉莉酸和茉莉酸甲酯的含量随着刺激温度的上升而升高;吲哚乙酸、反式玉米素核苷、异戊烯腺苷和异戊烯腺嘌呤在高温组中的含量要明显低于对照组,呈现下降的趋势。以28°C作为胁迫温度,在不同胁迫时间下,吲哚乙酸、反式玉米素核苷、异戊烯腺苷和异戊烯腺嘌呤的含量随着胁迫时间的延长而降低;水杨酸和茉莉酸甲酯的含量随着胁迫时间的延长而上升;茉莉酸的含量先升高后下降。在恢复培养过程中,水杨酸、茉莉酸、吲哚乙酸和茉莉酸甲酯的含量均呈现下降、升高又下降的变化趋势,而反式玉米素核苷、异戊烯腺苷和异戊烯腺嘌呤的含量则随着恢复培养过程的进行而逐渐下降。高温胁迫下,坛紫菜在促进生长类激素和胁迫抑制类激素的共同调控下进行胁迫防御,维持自身生长。然而,坛紫菜的防御能力有限,且高温胁迫引起的藻体自损伤可能难以修复。     

条斑紫菜耐高温杂交重组品系的筛选与特性分析

为改善条斑紫菜优良品系TM-18藻体颜色偏红的弱点,本研究以红色型突变品系(TM-18,特点:藻体偏红色;生长快,色素蛋白含量高,具有一定的耐高温性)为父本;绿色型突变品系(OMO-1,特点:藻体绿色,生长较慢,色素蛋白含量低,耐高温性差)为母本进行种内杂交,从杂合丝状体的F1叶状体中,分离出了优良品系TW-9。通过比较它与亲本品系的特性,获得以下结果:在常温(18°C)和高温(24和25°C)下培养13 d,TW-9品系的壳孢子存活率分别为TM-18品系的1.0、1.1和1.1倍,以及OMO-1品系的1.1、4.7和7.2倍。在18°C组,3个品系的壳孢子苗畸形率无显著性差异,但在24和25°C组,TW-9品系的畸形苗率比TM-18品系分别降低了20.3%和29.5%,比OMO-1品系分别降低了74.8%和69.5%。将在18°C下培养40 d的叶状体分别置于18、24和25°C再培养10 d,TW-9品系的绝对生长率分别为TM-18品系的0.9、1.5和0.8倍,以及OMO-1品系的1.4、1.5和28倍。此外,在24°C下培养25 d或在25°C下培养10 d,OMO-1品系的藻体腐烂严重,最后完全解体;TM-18和TW-9品系藻体在24°C下培养25 d只出现轻微卷曲,但在25°C下,TM-18品系培养15 d就腐烂至完全解体,而TW-9品系培养30 d也只是轻微腐烂。在18°C下培养40 d的TW-9品系叶状体分别再在18和24°C下培养15 d,总藻胆蛋白含量分别为61.5和77.8 mg/g,分别为OMO-1品系的1.4和1.4倍,但与TM-18品系的含量相比无明显差异。在18°C下培养55 d的叶状体平均厚度,TW-9品系为25.6μm,分别比TM-18和OMO-1品系降低了13.5%和17.7%。另外,3个品系的壳孢子放散量无显著性差异。研究表明,TW-9品系不仅具有与TM-18品系相似的特性,如叶状体生长快、色素蛋白含量高、壳孢子放散量大等特性,并且它的藻体更薄、更耐高温,其颜色与野生色相近,符合生产栽培的要求,有望被培育成适宜栽培的新品种。     

抗生素处理对坛紫菜叶状体生长和藻际微生物的影响

设计了氨苄青霉素、硫酸庆大霉素和卡那霉素3种抗生素的不同组合处理坛紫菜叶状体,旨在筛选出坛紫菜叶状体藻际微生物的最优去除方法;同时,探究紫菜叶状体生长与微生物群落变化之间的关系。结果显示,低浓度(10μg/mL)的硫酸庆大霉素或高浓度(800μg/mL)的卡那霉素处理,对坛紫菜叶状体生长均具一定的抑制作用,而不同浓度的氨苄青霉素处理均促进了叶状体生长。500μg/mL的氨苄青霉素、500μg/mL的硫酸庆大霉素与300μg/mL的卡那霉素3种抗生素混合处理叶状体24 h,不会抑制叶状体的生长;同时,对藻际微生物有较强的抑制性。不同的坛紫菜品系,不同的叶状体日龄和培养密度,以及在不同的海水盐度和不同浓度的营养盐中培养,抗生素处理组圆盘体的生长均比对照组快。通过比较抗生素处理组与对照组分离的菌株后发现,抗生素处理组有两株菌落形态和菌株形态与对照组显著不同的特有菌株。研究表明,在坛紫菜叶状体的生长过程中,某些对叶状体生长起阻碍作用的细菌如果大量繁殖,会抑制对叶状体生长有益的细菌繁殖,当用抗生素抑制了阻碍生长的细菌,就会使益生菌成为优势菌,促进叶状体的生长,益生菌对上述抗生素的处理不太敏感,但由于培养条件的改变,抗生素对阻碍生长的细菌的抑制作用会减弱,使得它们大量繁殖,从而抑制叶状体的生长。     

坛紫菜自由丝状体响应琼胶寡糖的激发

为了研究琼胶寡糖对坛紫菜自由丝状体藻丝生长和壳孢子囊枝形成的激发的影响,实验采用琼胶寡糖激发坛紫菜自由丝状体,以液相氧电极检测坛紫菜丝状体净光合放氧速率的变化;以对羟基苯乙酸(POHPAA)化学发光法检测坛紫菜丝状体的H_2O_2释放量;利用LC-MS检测红藻糖苷含量变化;利用实时定量PCR技术检测坛紫菜丝状体H_2O_2产生相关基因(Phrboh、Ph SOD)和红藻糖苷合成相关基因(Phnho1、Phgpdh、Phtps)的表达情况;并利用显微镜观察法检测壳孢子囊枝数量的变化。结果发现,琼胶寡糖能够激发坛紫菜自由丝状体的系列响应,表现在净光合放氧速率以及光合同化产物红藻糖苷的含量和生物合成出现增加;H_2O_2释放量持续增加,与产生H_2O_2相关的2个酶基因Phrboh和Ph SOD的表达增强。此外,琼胶寡糖也能够促进在坛紫菜自由丝状体的发育,在培养第30天时,琼胶寡糖处理组的壳孢子囊枝形成率达到59%,显著高于对照组46%。综上所述,琼胶寡糖能够增加坛紫菜自由丝状体的光合速率和光合同化产物,并通过形成H_2O_2的酶的表达来诱导活性氧的释放;琼胶寡糖还能促进坛紫菜自由丝状体的繁殖发育。     

条斑紫菜6个品系的SRAP分析

为鉴别条斑紫菜不同品系的种质,使用相关序列扩增多态性(sequence-related amplified polymorphism,SRAP)标记对条斑紫菜的5个选育品系和1个野生品系进行遗传分析,结果从35对引物组合中筛选出可扩增出稳定清晰条带的组合11对,共获得131个扩增位点,其中多态性位点125个,多态性比例高达95.42%。6个品系 间的遗传距离为0.364 3～0.867 9,平均为0.593 0。用UPGMA法进行聚类分析,结果将6个品系分为2个群,所反映的亲缘关系与各品系的来源基本一致,说明SRAP 标记技术可以成为条斑紫菜品系间遗传分析的有效工具。在131个多态性位点中,选择扩增出的4个位点构建了6个品系的指纹图谱。另外,通过ME1/EM6引物组合 扩增得到耐高温品系TM-18的特异性条带,经回收测序和重新设计引物,该条带在其丝状体和叶状体DNA中均能稳定地被扩增出来,可用于该品系的种质鉴别 。     

条斑紫菜双单倍体群体主要经济性状的遗传分析

条斑紫菜叶状体主要经济性状的遗传参数及相互间的遗传关系,是开展分子育种的基础。实验以条斑紫菜野生型品系(Py-WT2,父本)和红色突变型品系(Py-HT,母本)杂交后产生的杂合丝状体为材料,构建由152个品系组成的条斑紫菜双单倍体(DH)群体。该群体叶状体的6个经济性状(L50、W50、FW50、SGR-L、SGR-W、SGR-FW)的表型值用单样本Kolmogorov-Smirnov检验。结果发现,各性状均为数量性状。L50和SGR-W为超亲遗传性状,其余4个性状的变异介于双亲之间,其中W50偏向于母本,FW50、SGRL和SGR-FW偏向于父本。6个性状的变异系数介于21.11%~56.68%,均属中等强度变异。相关性分析表明,L50、W50和FW50相互之间均存在极显著正相关性,SGR-L、SGRW和SGR-FW相互之间也存在极显著正相关性。利用单因素方差分析法估算出L50、W50和FW50的遗传力分别为58.17%、64.00%和57.64%,控制3个性状的基因对数分别为6.61、12.63和8.09,遗传力(y)与基因对数(x)的二次回归方程为y=0.2922x~2–4.6533x+76.162(R~2=1)。基因间互作方式的检测结果显示,控制L50和控制FW50的多基因间均分别不存在互作;控制W50和控制SGR-W的多基因间均分别存在互补作用;控制SGR-L和控制SGR-FW的多基因间均分别存在重叠作用。研究表明,条斑紫菜叶状体L50和FW50的遗传力高、基因对数少且基因间无互作,可进行早代选择。另外,L50、W50和FW50之间的相关性高,可进行间接选择以提高育种效率。