坛紫菜叶状体对失水胁迫的抗氧化生理响应

失水胁迫是潮间带中高潮区坛紫菜(Pyropia haitanensis)的主要胁迫因子。本研究以坛紫菜叶状体为材料, 探讨其在不同失水程度下细胞中超氧阴离子自由基( ·)含量、过氧化氢(H₂O₂)含量、超氧化物歧化酶(SOD)活性、抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性、过氧化氢酶(CAT)活性、谷胱甘肽还原酶(GR)活性、还原型谷胱甘肽(GSH)含量和抗坏血酸(ASA)含量的动态变化过程。结果表明, 坛紫菜叶状体生理适应的关键转变点在失水率达到60%时。当失水率低于60%时, 细胞内的活性氧成分以毒性较低的H₂O₂为主, APX活性、ASA含量和GSH含量无显著变化, SOD、CAT和GR活性呈现显著下降趋势; 但当超过60%时, 细胞内的活性氧成分转变为以高毒性的  ·为主, 抗氧化酶SOD、CAT、APX活性无显著上升, 但GR活性、ASA含量和GSH含量均有显著上升。由此间接说明, 坛紫菜细胞在高度失水胁迫时所产生的活性氧成分, 主要是由GR、ASA和GSH作为清除剂去除的。本研究旨在通过探讨细胞抗氧化系统在坛紫菜失水胁迫应答中的作用机制, 为深入了解坛紫菜失水耐受性的生理过程提供理论依据。

     

Selection and characterization of an improved strain (ST‐2) of Pyropia haitanensis by 60Co‐γ ray irradiation

Although the improved strain HR‐5 of Pyropia haitanensis has improvement in yield and quality, it shows earlier maturation and shortened growth period. In this study, blades of HR‐5 strain were treated with ⁶⁰Co‐γ ray irradiation, and a mutant strain ST‐2 was selected and characterized. The blade length of ST‐2 strain was 401.4 cm on day 70 post‐culture, which was 1.9‐fold longer than that of the parental strain HR‐5. The blades of HR‐5 strain matured earlier and most were matured on day 55, while the ST‐2 strain was not matured until day 90. When blades of HR‐5 and ST‐2 strains were firstly cultured at 23°C for 40 days and their blade discs cultured at 29°C for another 30 days, the mean length of ST‐2 strain was 2.0‐fold longer than that of HR‐5 strain. Besides, the contents of Chl. a and phycobiliprotein and the conchospore numbers in ST‐2 were comparable to that in HR‐5 strain. In summary, compared with HR‐5, we observed delayed maturation, increased length, weight and high‐temperature resistance of the blades, high content of photosynthetic pigments, and high production of conchospores in ST‐2, suggesting it might be a better strain for large‐scale production.     

条斑紫菜(Pyropia yezoensis)10个选育系的ISSR分析

利用ISSR分子标记进行条斑紫菜(Pyropia yezoensis)10个选育品系的种质鉴定研究。结果表明,具条带特异性且表达稳定清晰的ISSR引物共14个,其扩增多态性片段约占97.1%,这些引物可用作区分这些品系的分子标记,同时利用引物826扩增的特异性位点建立了这些选育品系的ISSR遗传识别码。     

不同光质LED光源对坛紫菜自由丝状体生长和生理特性的影响

以野生型坛紫菜自由丝状体为培养材料,研究不同光质(绿光510~550 nm、蓝光455~475 nm、红光580~630 nm、白光400~760 nm)的发光二极管(LED)对无性增殖过程中自由丝状体生长及生理特性的影响。结果显示,蓝光能提高自由丝状体的生长速率,蓝光下藻体增重分别是白光、绿光、红光下藻体增重的1.10倍、1.82倍和2.17倍。蓝光处理有助于叶绿素a和类胡萝卜素的积累,二者含量分别较白光、绿光和红光处理提高13.77%、47.69%、63.42%和8.87%、87.07%、97.73%。蓝光和白光均有利于藻红蛋白合成,而绿光和红光降低藻红蛋白合成,但4种光质的LED光源对藻蓝蛋白合成的影响无显著性差异。蓝光能显著提高碳酸酐酶(CA)活性,较白光下CA活性增加11.36%。蓝光和绿光显著提高1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶(Rubis CO)活性,分别较白光下Rubis CO活性增加28.17%和61.21%。红光和绿光下藻体在培养后期的色泽暗淡,星状色素体少,部分藻体细胞内容物溢出,呈中空状态;而蓝光和白光下藻体健康正常,色泽鲜红。研究表明,在今后的坛紫菜自由丝状体无性扩繁过程中可以适当增加LED光源的蓝光组分,减少红光和绿光组分。     

低盐胁迫下坛紫菜叶状体的转录组分析

为探索坛紫菜叶状体响应低盐胁迫的分子生理学机制,本研究采用第二代高通量测序技术,分析比较在正常盐度(26,对照组)和低盐度(3,胁迫组)下培养不同时间(3、6和9 h)的坛紫菜叶状体转录组数据。结果显示,测序数据经de novo组装,获得了33 872条unigenes,平均长度为612 bp;与对照组相比,3个胁迫组分别产生了1108、1638和1881条差异性表达基因。GO功能富集分析显示,一些可能与低盐胁迫相关的重要生物过程得到了显著富集,如单分子有机物代谢过程,单糖的合成代谢和分解过程,糖质新生,有机物分解代谢过程等。KEGG代谢通路富集分析发现,低盐胁迫不同时间富集到的代谢通路存在很大差异,低盐胁迫3 h响应的差异性表达基因富集到3个KEGG代谢通路,其中2个与氨基酸合成相关,1个与光合作用相关;而低盐胁迫6和9 h的差异性表达基因则大多富集到与糖类功能相关的代谢通路。荧光定量PCR(q RT-PCR)验证结果显示,所选取的8个差异性表达基因的表达趋势与高通量测序结果相一致。上述结果说明,坛紫菜叶状体在受到低盐胁迫时,应激反应具有时间特异性,早期主要通过合成或者降解蛋白质来抵御低盐环境,随着胁迫时间延长,细胞通过改变可溶性物质的含量、减慢能量代谢等途径以抵御低盐逆境。     

条斑紫菜耐高温品系的特性分析与海区中试

通过室内培养和海区栽培实验验证条斑紫菜耐高温品系(T-17)优良性状的稳定性和栽培适用性。结果显示,与野生型品系(WT)相比,T-17品系的叶状体,在生长率、最大光化学效率、主要光合色素含量、藻体厚度和产量等方面均存在明显的优势。将在18℃下培养50 d的小苗再在18、22和24℃下培养35 d,T-17的绝对生长率分别为WT的17.71、15.81和33.00倍,特定生长率分别为WT的4.59、4.38和9.15倍,最大光化学效率分别为WT的1.17、1.29和1.58倍。WT的小苗在22、24和25℃下再分别培养25、15和10 d,叶片的颜色就转深变黑,藻体卷曲变硬,出现腐烂;而T-17的小苗在相同培养条件下培养相同的天数仍表现出良好的生长状态,藻体不变硬,无腐烂,说明T-17具有较强的耐高温性。此外,在日龄65 d的叶状体中,T-17的Chl.a和总藻胆蛋白(PE+PC)的含量分别是WT的1.45和1.54倍;T-17的平均厚度比WT减少26.4%。T-17的壳孢子放散量与WT相比差别不显著。在海区栽培试验中,T-17品系前4次收割的鲜菜总重量比当地栽培野生种(Wt)增加了16.3%,1~4次收割的鲜菜的最大光化学效率分别为Wt的1.06、1.12、1.17和1.27倍,而Chl.a含量分别是Wt的1.41、1.49、1.52和1.91倍,总藻胆蛋白含量分别是Wt的1.94、2.04、2.03和2.34倍。研究表明,与野生型品系相比,T-17品系在产量、品质和耐高温性等方面均明显提高,且性状稳定,生产适用性好,有望在生产上规模化栽培。     

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。     

不同光质LED光源对坛紫菜单性叶状体的生长发育及生理指标的影响

为掌握坛紫菜叶状体生长与发育的最适光谱成分,实验以坛紫菜雌性叶状体为培养材料,探究了不同光质(白、蓝、绿、红光)的LED光源对叶状体营养生长、发育分化、PSⅡ最大光化学效率(F_v/F_m)及光合色素含量等生理指标的影响。结果显示,在复合型白光下培养25 d后,藻体的叶长和鲜重分别为单色光下的2.42~3.86倍和2.64~4.50倍,白光下叶状体生长速率最快,鲜重增加最多,而单色光限制了藻体的营养生长。与白光下培养相比,在红、绿光下培养,藻体的藻胆蛋白合成受到明显限制,藻红蛋白含量分别下降了44.1%和43.2%,藻蓝蛋白含量分别下降了11.6%和12.5%。然而,在蓝光下培养的藻体,藻红蛋白和藻蓝蛋白含量较白光下分别增加了94.3%和16.2%,且PSⅡ最大光化学效率(F_v/F_m)值始终较高,保持持续上升的趋势,表现出对光源的长期适应。蓝、绿光在坛紫菜叶状体营养细胞发育成生殖细胞的过程中,均能加快藻体梢部细胞的分化并提前进行单性生殖,而白光和红光在这一过程中的效应不明显。其中,蓝光能够促进单性生殖孢子萌发成正常的单性生殖丝状体,而绿光则会阻断这一发育途径,使单性生殖孢子萌发体的色素体暗淡、内含物中空,最终消亡。研究表明,单色光源限制了坛紫菜叶状体的营养生长,且会对叶状体的光合色素组分和F_v/F_m产生较明显的影响,但其中的蓝光可以诱导坛紫菜单性叶状体提前进行单性生殖。这也为进一步探讨坛紫菜叶状体的光适应机制提供了参考依据。     

Development of simple sequence repeat markers in Pyropia yezoensis (Bangiales,Rhodophyta) by high‐throughput sequencing technology

Pyropia yezoensis is one of the most important economical seaweeds across the world and major efforts are underway to increase the production. However, its genome is relatively unexplored. In this study, genome sequence of wild‐type strain LS was determined through paired‐end sequencing of small‐size fractionated genomic library. In total, 283,606 contigs were assembled and 20,620 SSR‐containing sequences were identified. Most of the SSRs contained tri‐ and di‐nucleotide motifs (95.42% and 2.34% respectively), of which GCC was the most abundant (15.7%). Furthermore, 1,253 pairs of primer sets were designed and 124 of them were selected randomly for validation. The results showed that 120 pairs were successful in PCR, and the remaining four failed to generate PCR product at various conditions. Among the 120 pairs of which the PCR products were subsequently sequenced by Sanger sequencing, 104 pairs amplified SSRs with the same motif and repeat times, three pairs with the same motif but different repeat times and 13 pairs with different motifs. Moreover, 21 primer pairs amplified polymorphic products between LS and an improved strain HT, and tri‐nucleotide SSRs showed higher polymorphism frequency when compared to di‐nucleotide SSRs. These SSR markers may enrich the current molecular resources in P. yezoensis.     

条斑紫菜两个耐高温品系的耐低盐特性

以条斑紫菜两个耐高温品系(YZ-4和TM-18)为对象,以野生型品系(WT)做对照,分析其叶状体在高温、低盐胁迫下的生长和光系统Ⅱ最大光量子产量(F_v/F_m)的数值,为筛选既耐高温又耐低盐的条斑紫菜抗逆品系提供依据。结果显示,在适宜培养条件(温度18°C和盐度26)下,YZ-4和TM-18叶状体在50～85 d的生长速率快于WT,F_v/F_m和主要光合色素含量均高于WT,各品系的绝对生长率和F_v/F_m之间均具有较高的正相关性。另外,WT叶状体在70 d左右开始形成精子囊时,绝对生长率和F_v/F_m明显下降。在高温胁迫下培养,各品系叶状体的F_v/F_m和绝对生长率均呈下降趋势,且胁迫的温度越高或时间越长,其降幅越大。在24°C高温胁迫35 d后,WT、YZ-4和TM-18的F_v/F_m分别下降了56.7%、43.2%和28.7%。在25°C高温胁迫15 d时,WT的生长完全停滞,而YZ-4和TM-18则分别保持0.51和0.84 cm/d的绝对生长率,说明二者确实是耐高温的。低盐胁迫对叶状体的影响与高温胁迫的类似,在盐度为9的低盐下培养35 d后,WT、YZ-4和TM-18的F_v/F_m降幅分别为46.2%、42.0%和32.0%,三者的绝对生长率分别为0.12、0.10和0.90 cm/d。另外,WT和YZ-4在盐度为5时生长受到明显影响,叶状体在15 d时颜色加深、卷曲变硬并腐烂,而TM-18在相同盐度下培养25 d也未腐烂,F_v/F_m仍高达初始值的72.8%。这表明TM-18在高温或低盐胁迫下的耐受性比WT和YZ-4的都强,其内在原因是叶状体F_v/F_m的降幅较小,间接说明F_v/F_m可作为条斑紫菜抗逆品系选育的新指标。