铁促进半叶紫菜华北变种丝状体的生长发育及其生理生化基础

通过探讨半叶紫菜华北变种(Pyropia katadae var. hemiphylla)丝状体在不同铁浓度下的相对生长速率(RGR)、孢子囊枝形成率及若干生理生化指标(叶绿素荧光参数、活性氧含量、抗氧化剂含量、抗氧化酶活性等)的变化规律,以期获得适宜其生长及孢子囊枝形成的铁浓度范围,并初步揭示其在不同铁浓度下的生理生化变化特征。研究结果显示,在0.040 mg/L铁浓度下,半叶紫菜华北变种营养藻丝有较高的RGR、光系统Ⅱ最大量子产量(Fv/Fm)和调节性能量耗散的量子产量[Y(NPQ)],表明此铁浓度可促进营养藻丝的光能转换效率和光保护能力的提高,并利于其生长。高铁浓度(0.160~0.800 mg/L)组的营养藻丝RGR显著降低,而贝壳丝状体孢子囊枝形成率显著增加,表明高铁浓度抑制了藻丝的营养生长,而促进了藻丝营养生长状态向发育状态的转变。贝壳丝状体的孢子囊枝比例与Fv/Fm呈显著的正相关关系,表明营养藻丝向孢子囊枝转变后,贝壳丝状体的光能转换效率显著提高。铁的添加使藻丝中活性氧(ROS)含量显著增加,而类胡萝卜素和脯氨酸含量以及抗氧化酶[超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、谷胱甘肽还原酶(GR)]活力与ROS含量均呈显著正相关关系,表明藻丝的抗氧化系统可对铁介导的过量ROS作出积极应答,以平衡ROS的产生和清除。本研究可为半叶紫菜华北变种的苗种培育提供理论依据。     

短波紫外线辐照坛紫菜壳孢子制备色彩突变体的新途径

壳孢子萌发时期是坛紫菜(Pyropia haitanensis)减数分裂发生的时期,壳孢子萌发形成的最初4个细胞呈线性排列,形成减数分裂四分体,且发生遗传重组的四分体细胞可以决定叶状体的发育模式和性状分离。因此,诱变产生色彩突变的嵌合叶状体相比诱变叶状体产生的点状色块,将更易于获得突变细胞。本研究为获得坛紫菜人工色彩嵌合突变体,使用不同剂量(50、100、200、300、400、500和600 J/m2)的短波紫外线(UV-C,λ=254 nm)辐照坛紫菜壳孢子,培养数天后,在壳孢子苗中出现了色彩突变的嵌合叶状体。结果显示,低剂量(50 J/m2)的辐射促进壳孢子萌发,而辐照剂量高于100 J/m2则会抑制壳孢子萌发和分裂。辐照剂量在50~400 J/m2范围内,色彩突变体出现的频率随辐照剂量的增加而增加,辐照剂量分别为300和400 J/m2时,突变率分别达到15.22%和17.18%。其中,出现色彩突变的嵌合叶状体以2色块嵌合体和3色块嵌合体居多,4色块嵌合体最少,但辐照剂量增加至400 J/m2以上时,随着辐照剂量的增加,色彩突变体出现的频率反而下降,表明最适宜的诱变剂量为300或400 J/m2。同时,短波紫外线辐照也使色彩突变嵌合体的长宽比下降,采用生物酶解法从色彩嵌合体中分离出了单色的体细胞萌发体。本研究为坛紫菜人工色彩突变体的制备和诱变育种提供了新途径。     

不同温度烘烤坛紫菜的体外模拟消化研究

为探究不同温度烘烤下坛紫菜的消化情况,本试验通过构建体外消化模型,对不同消化过程中坛紫菜的细胞形态进行观察并测定其营养物质含量和抗氧化活性,分析不同温度烘烤后坛紫菜在消化过程中的变化规律。结果表明,不同温度烘烤的坛紫菜经口胃肠连续消化后,细胞裂解有差异,其中180℃和200℃处理组的坛紫菜细胞裂解程度大。体外消化结果表明,坛紫菜的游离氨基酸含量释放主要集中在胃肠道中,可溶性糖及还原糖主要集中在胃消化过程中,抗氧化活性在胃消化过程中表现最强,其中180℃烘烤坛紫菜的营养物质释放量和抗氧化活性最佳,200℃处理组次之。本研究结果为提高坛紫菜的生物利用率以及评价其不同加工模式提供了一定的理论依据。     

光强和温度对圆紫菜叶状体体细胞发育分化的影响

以日龄60 d的圆紫菜(Pyropia suborbiculata)野生型品系(PS-WT)和突变型品系(PS-L)的叶状体为实验材料,分别酶解获得它们的离体单细胞,观察后者在液体培养基中的发育形态,并探究光强和温度对离体单细胞发育分化的影响。结果表明,圆紫菜叶状体的离体单细胞可发育成不同类型的再生体:正常苗、畸形苗、细胞团和性细胞团等。在光强为10～80μmol photons/(m~2·s)范围内,2个品系离体单细胞的再生体中正常苗、细胞团和丝状体的百分率均不存在显著性差异,适宜的高光[40～60μmol photons/(m~2·s)]可促进再生体单孢子的放散。温度在18～24℃范围内,2个品系离体单细胞的再生体中正常苗、畸形苗的百分率不存在显著性差异;但高温(27～30℃)会抑制正常苗的形成,以及促进畸形苗的形成和再生体单孢子的放散。     

坛紫菜遗传连锁图谱的构建

以野生型坛紫菜纯系(♀)和红色型坛紫菜纯系(♂)作为杂交亲本,结合四分子分析法及单个体细胞克隆的丝状体途径,创建了由157个株系组成的坛紫菜DH作图群体,并用经过筛选的24对SRAP引物和16对SSR引物对父母本及作图群体各株系进行双标记分析,获得了224个多态性标记,其中157个标记符合孟德尔分离规律。根据标记间的连锁规律,首次构建了坛紫菜的分子遗传连锁图谱,所构建的遗传图谱由包含124个标记(含SRAP标记104个,SSR标记20个)的5个连锁群组成,总长度为879.2cM,平均标记间隔为7.09cM,各个连锁群长度为134.2～213.6cM,包含标记18～31个。最后采用3种不同方法计算得到坛紫菜的估计基因组长度平均为955.3cM,由此得到坛紫菜遗传连锁图谱的基因组覆盖率为92.0%。     

利用纤维素酶辅助提取紫菜藻红蛋白的研究

利用纤维素酶辅助破壁,显著提高了紫菜藻红蛋白的提取率.比较了纤维素酶结合反复冻融破壁、超声波破壁、自溶破壁等各种方法的提取效果,最终确定选用纤维素酶+反复冻溶破壁法提取藻红蛋白.并确定提取条件:添加纤维素酶50 μl/g干紫菜,于4 ℃、pH 7.0条件下作用2 h,反复冻融3次,在此条件下提取率达1.55%,纯度1.36.室温、光照、Fe2+、Zn2+和Cu2+等金属离子存在均会破坏藻红蛋白.     

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.     

不同海域不同品种坛紫菜(Pyropia haitanensis)挥发性成分的比较分析

采用顶空固相微萃取气相色谱-质谱联用技术,结合多变量数据分析,对不同品种、不同养殖海域、不同收割期坛紫菜的挥发性成分进行了分析研究。结果显示,栽培在2个海域的2种品种坛紫菜中,共检测到115种挥发性组分,其中,烃类和醛酮类物质的含量和种类占据了极大优势。主成分分析(PCA)显示,坛紫菜的挥发性组分有明显的品种和地区性差异,不同品种间的主要差异组分有8-十七碳烯、1-十七碳烯、壬醛、2-乙烯基-6-甲基吡嗪、辛醛等成分,不同海域的主要差异组分有8-十七碳烯、壬醛、2-乙烯基-6-甲基吡嗪、1-十七碳烯、苯乙烯等。另外,不同收获期坛紫菜挥发性成分的变化跟养殖海域有密切的关系。     

褐绿色型与野生色型坛紫菜杂交产生嵌合体及其选育

以野生型坛紫菜为父本,人工选育的褐绿色型坛紫菜为母本进行杂交实验,获得大量的单色体和嵌合体,在其子一代中随机抽取1147株藻体进行统计分析,并对生长性状好的藻体进行选育培养,结果显示：1）嵌合体色泽：主要为野生色＋褐绿色、野生色＋褐绿色＋野生色、褐绿色＋野生色＋褐绿色;2）嵌合体的比例：单一色型藻体占14．5％,2种色泽相嵌的嵌合体占73．9％,3种色泽的嵌合体占10．6％,4种色泽的嵌合体占1．1％;3）嵌合方式：点状、线型、“V”字型、“w”字型和小叶片型等;4）通过营养细胞酶解和单性生殖所获得的单色藻体c,经培养后F1和F2代遗传性状比较稳定,有望筛选成为新的品系．     

皱紫菜色素突变体的分离与特性分析

用不同剂量的紫外线(UV)对皱紫菜(Pyropia crispata)野生型品系(PC-WT)的壳孢子萌发体进行辐照,4周后,叶状体上均出现了黄绿、宝石红、黄橙等颜色的色素变异细胞块,经统计表明,剂量为80μW/cm~2的诱变效果最好。用酶解法将含有色素变异细胞块的叶状体细胞单个分离出来进行培养,从再生叶状体中分离到PC-JH(桔黄褐色)、PC-ZH(宝石红色)、PC-HL(黄绿色)、PC-QL(浅绿色)等纯色突变体,通过单性生殖分别获得纯合品系。各突变品系的F_1叶状体的颜色和形态均一,且与其母体叶状体相同,表明各突变品系的颜色等突变性状均能稳定遗传。与野生型品系相比,各色素突变品系的F_1叶状体的活体吸收光谱、色素蛋白的含量及相互间的比值均发生了明显变化,且相互之间也存在明显差异。综上所述,紫外线对皱紫菜叶状体具有良好的诱变效果,本实验所获得的色素突变品系,将成为皱紫菜遗传育种研究的重要材料。