缪锦来[1]2003年在《南极冰藻对UV-B辐射增强的适应性及其抗紫外线辐射活性物质的研究》文中研究指明在极端环境中生存的微生物，在与环境的长期抗争的适应过程中形成了许多普通微生物所没有的独特特性。因而，自20世纪70年代以来引起了人们的广泛关注，成为当今科学研究的热点之一。研究极端微生物不仅对了解生命的极限、微生物的进化与分类等很有理论价值，而且对治理环境污染、改造生态环境、开辟微生物新功能等应用研究均具有重要意义。南极冰藻，是极端微生物中的具有奇特特性的一种。南极冰藻是极地海洋生态系统中初级生产力的重要承担者之一，在南极生态系统中具有重要的地位和作用。随着臭氧层破坏的日益严重，紫外线对生态的影响越来越引起人们的重视。研究已证实，UV-B对藻类有明显的伤害作用，其损伤的主要目标是蛋白质、DNA和光合色素等：同时，藻类对UV-B也有一定的适应能力，尤其是南极冰藻生存于南极臭氧空洞下强紫外线辐射的环境中，抗紫外线辐射能力很强。但是南极地区的紫外线辐射已经很强，若再有小幅的增加，对南极冰藻也会产生重大影响。因此，本文以南极冰藻为对象，通过研究其对UV-B增强的响应，探讨UV-B辐射增强对南极冰藻的影响机制和南极冰藻对UV—B辐射增强的适应机制，以及其抗紫外辐射活性物质的抗辐射活性、组成和分子结构等，以期为南极冰藻的深入研究和开发应用提供科学依据。 作者从中国第十八次南极考察采集的南极海水和海冰中，分离得到南极冰藻微藻20种，纯化培养后，根据不同实验的目的，分别选用代表性藻种进行研究。 1．对分离微生物的两种常规方法进行了改进，使其适合南极冰藻的分离。从南极海水和海冰中得到纯培养的微藻20种共5大类，主要有单细胞硅藻15种，绿藻2种，蓝藻1种，甲藻1种，金藻1种。硅藻是优势藻种，蓝藻、甲藻和金 南极冰藻对UV七辐射增强的适应性及其抗紫外线辐射活性物质的研究藻含量极少，不易分离和得到。其中蓝藻是继姜英辉博士之后的再一次发现，进一步证实南极确实存在蓝藻。采用两种改进的分离技术，优势互补的对南极冰藻进行分离。比较这两种方法，毛细滴管复洗技术具有一次完成和培养时间短的优点；琼脂板技术具有操作简单，分离方便的优点。自行设计两种纯化方法，并对南极冰藻进行纯化，发现抗生素技术不适用于南极冰藻的纯化，而紫外线辐照方法可用于南极冰藻的纯化。通过对南极冰藻群落形态的观察，发现藻体以群落形式聚集并具有很好的对称性。这可能是，南极冰藻抵御酷寒、高盐度和强紫外线辐射环境的一种生存机制。总之，南极冰藻的耐紫外线辐照特点和对称的几何群落形态，可认为是与南极极端环境相适应的结果。 2．由于实验室培养的南极冰藻，与其它普通海洋微藻相比生长缓慢，为此自行制备甘氨酸镁，并将其作为一种新型促生长剂应用于南极冰藻绿藻L－1和硅藻H－1的培养中，发现对这两种南极冰藻有显着的促生长作用。促生长作用的机理主要是增加南极冰藻中叶绿素（a，b）的含量，从而提高南极冰藻的光合作用效率，促进南极冰藻的生长。 3．设计O卜W＊m－‘、35HWW·cm“’、70pw·cm－‘、10＊W·cm“‘4禾UV－B辐射强度对绿藻卜卜 绿藻L－4、硅藻H－1、硅藻H－2和硅藻H－3等5种南极冰藻的生长进行影响试验。结果表明，5种南极冰藻的生长均受到明显的抑制，而且随紫外线辐射强度增强而显着增大。实验还发现，紫外线辐照下5种南极冰藻的细胞显着增重，可产生新的水溶性和脂溶性色素类物质。这些可认为是，南极冰藻对强辐射环境的适应性结果。 4．采用光学显微镜、透射和扫描电子显微镜对南极冰藻绿藻L－4的形态和超微结构进行研究。研究发现，UV－B辐射增强后，藻细胞向胞外分泌大量的粘性物质并包裹细胞；同时构成细胞的多糖、脂肪和黑色颗粒等也大量增加。作者认为，这些物质有些可能是在紫外线诱导下大量增加的固有物质或在紫外线诱导下产生的新活性物质。南极绿藻L－4的细胞形态和结构变化，反映了其在长期进化过程中对极地强辐射环境的适应性。 5．运用常规方法对绿藻L－1、绿藻L－4、硅藻H－1和硅藻H－2等4种南极冰藻的主要生化成分及含量进行分析。结果表明，UV－B辐射增强后，4种南极冰藻 x 南极冰藻对UV－B辐射增强的适应性及其抗紫外线辐射活性物质的研究 的生化成分和含量均发生明显的变化。具体如下： 电泳试验结果表明，有些蛋白质带（可能是新蛋白质）含量增加，构成蛋白 质的氨基酸组成也发生显着变化，4种南极冰藻均增加了 Pro和 Pro—OH的含量。 UV－B辐射增强后，4种南极冰藻的总脂含量明显增加，而且二种绿藻的增幅 几乎超过 2种硅藻的 1倍。2种绿藻的总脂含量增加 3 0％以上；2种硅藻的总脂 含量增加相近，都超过 15％。脂肪酸的组成也发生了显着的改变，4种南极冰藻 的饱和脂肪酸含量均降低，不饱和脂肪?
李丽霞[2]2009年在《潮间带大型海藻对UV-B辐射的生理响应及其种间竞争机制的研究》文中研究指明臭氧层衰减而导致的UV-B(280-320nm)辐射增强是全球性的重大环境问题之一,海洋生态系统不可避免会受到紫外辐射的明显影响。潮间带是陆地生态系统和海洋生态系统的交错地带,属于生物圈中最敏感的生态系统之一,生活于潮间带这一特殊地理位置的潮间带大型海藻,每当海水处于低潮状态时便直接暴露于阳光照射之下,会受到阳光中包含的紫外波段的直接胁迫,而当海水处于高潮状态时,由于紫外线具有相当的穿透性,因此潮间带大型海藻也将受到UV-B辐射的危害,因此,UV-B是潮间带大型海藻必须要面对的生境。UV-B辐射会使藻类细胞内产生及滞留更多的活性氧,而在长期进化过程中海藻必然应对外在胁迫产生适应策略及保护机制,其抗氧化体系的系统活性值得探讨。此外,近年来对大型海藻与微藻,微藻与微藻之间的相生相克及营养竞争的研究较为集中,但是对潮间带大型海藻之间的相互作用的报道尚不多见,尤其对存在UV-B辐射时对共培养体系中各种藻类的生长及克生效应的影响了解更少。可以设想,处于相同或相近生态位的大型海藻间存在对资源的竞争现象,同时某些海藻可能分泌克生物质而抑制其它藻类生长,而存在紫外辐射时这种情况可能会有所改变。因此,本文选择青岛海滨常见的4种潮间带大型海藻(孔石莼--绿藻;蜈蚣藻,珊瑚--红藻;鼠尾藻--褐藻),研究其对UV-B胁迫的响应变化规律,从活性氧的角度阐明UV-B辐射的作用机制,同时通过对不同藻类SOD、POD、CAT及APX同工酶谱带在UV-B辐射时的强度变化以及数量的增减变化规律的研究,剖析UV-B辐射与不同种类海藻、不同同工酶的表达相关性问题。另外,选择大型海藻孔石莼及蜈蚣藻,以生物量为主要测定指标,采用单独培养和共同培养的方法,对附加不同剂量UV-B处理时2种藻类种群生长关系及克生效应及营养竞争关系做初步探索;同时研究采用不同初始接种比例时对共培养的2种藻类之间的种群生长关系的影响,以及在施加特定剂量UV-B辐射时这种关系的变化特点及趋势。实验的主要研究结果如下:1、四种潮间带大型海藻抗氧化体系活性对UV-B辐射的响应孔石莼在UV-B辐射诱导下SOD、CAT酶活性应激反应迅速,初始阶段活性均呈大幅度上升,随后有不同程度下降;POX酶活性在低剂量UV-B处理下初期短暂上升,而中、高剂量下活性降低显着。APX活性始终保持较稳定水平。GR、GPX酶应激表达启动稍晚,酶活高峰在处理中期6d时出现,轻度或中度剂量下酶活性较高。抗氧化剂AsA及GSH含量前中期与对照相近,后期水平下降,中度及高剂量UV-B处理下降低较多;UV-B处理下孔石莼体内的H2O2及TBARS含量并未快速积累,轻剂量下H2O2含量始终与对照值差异不明显,TBARS含量至12d时方显着高于对照;中度及重度胁迫下的H2O2及TBARS水平直至处理中后期6-12d时比对照显着增加。蜈蚣藻中SOD、CAT、APX、GPX、GR酶活性在不同剂量UV-B辐射处理下表现不同,轻度及中度剂量下处理下前期酶活性均比对照有不同程度的增加,后期下降;而重度UV-B胁迫下酶活性除GR外(上升)在初、中期与对照无明显差异,但后期时均明显降低。POX酶活性在UV-B诱导下反应迅速且变化剧烈,叁种不同剂量下酶活性均显着增加。AsA含量在UV-B诱导下前期增加迅速(高剂量处理除外),后期表现下降的趋势。GSH含量在轻度、中度剂量处理下前期维持较高水平,末期降至对照水平,高剂量胁迫下初期有短暂增加。蜈蚣藻的H2O2及TBARS含量在高剂量UV-B辐照处理下增加显着,中后期中度剂量UV-B处理下二者含量亦有效累积,低剂量下TBARS含量至9-12d时显着增加。珊瑚藻SOD及POX酶能够在低剂量UV-B处理下维持较高水平,而中、高剂量下酶活性与对照相近。CAT酶活性在轻、中度剂量处理前中期比对照有不同程度增加,后期呈下降趋势,高剂量处理下中后期降低更加明显。APX活性在低、中剂量下与对照相近,高剂量处理下活性增加显着。GR与GPX活性变化规律部分类似,除GR初期短暂上升外,二者在低剂量处理下与对照值无明显差异,中、高剂量处理下酶活初期较稳定,后期均呈下降趋势。AsA含量整体趋势表现较为稳定。GSH水平在轻度剂量处理下呈缓慢上升趋势,中度剂量下振荡变化,而高剂量UV-B辐射下则下降明显。珊瑚藻H2O2及TBARS含量在轻度剂量下无明显累积,而中度剂量处理下逐步增加,高剂量处理下在处理中期时即显着高于对照。鼠尾藻中SOD及其CAT酶活性与UV-B辐射的剂量和时间关系密切,轻度及中度剂量下前中期酶活性比对照有不同程度增加,后期呈下降趋势,高剂量处理下中后期显着降低;GR及GPX活性相对稳定,对UV-B辐射应激反应迟滞,仅在处理末期时中度或者高剂量下呈下降趋势。而POX活性在整个试验期间未出现显着变化。各处理和对照中均未测出有效的APX活性。抗氧化剂AsA含量在低、中剂量UV-B辐射时呈增加趋势,GSH初期在低中剂量下有小幅升高,末期高剂量下降低。UV-B照射处理下鼠尾藻H2O2及TBARS表现较快的累积速度,中、高剂量UV-B辐照处理下的含量增加尤为显着。综合来看,不同种类的大型海藻AsA和GSH含量以及抗氧化酶SOD、POX、CAT、APX、GR及GPX的基础表达(含量)活性及响应于UV-B辐射后变化幅度不同,体现较为明显的种间差异性特征。绿藻孔石莼在UV-B辐射胁迫下抗氧化体系的整体活性较高,红藻蜈蚣藻及珊瑚藻居中,而褐藻鼠尾藻的抗氧化酶系统活性偏低,对UV-B辐射的应激反应敏感性最低。2、UV-B辐射对四种大型海藻几种同工酶的影响不同种类的大型海藻SOD、POX、CAT及APX同工酶谱表达性质及强度不同,体现出种间差异性特征。在施加UV-B辐射处理后,SOD、POD、CAT和APX同工酶谱均存在不同程度差异,主要表现为条带多少和活性强弱变化的不同,说明UV-B辐射处理能够引起这4种藻同工酶谱的变化,不同剂量的UV-B处理效果不同,且同工酶的检测结果与相应酶总活性的变化趋势基本一致。依据同工酶谱带的基础表达活性强弱及在UV-B辐射下变化情况综合考量,相比较而言,孔石莼中的SOD及CAT同工酶变化明显,蜈蚣藻中SOD、POX及CAT同工酶表达较为活跃;珊瑚藻SOD、POX、CAT及APX同工酶均具有较高活性水平;鼠尾藻中APX同工酶未能检测到任何谱带,而SOD及CAT同工酶表达对UV-B胁迫较为敏感。3、孔石莼及蜈蚣藻种间竞争作用对UV-B辐射增强的响应孔石莼和蜈蚣藻二者的种间竞争同时包含营养竞争和相生相克2种机制,试验中营养充足及营养限制的共养处理下孔石莼特定生长率是蜈蚣藻相应值的2.54和2.47倍,蜈蚣藻在竞争关系中处于劣势。UV-B辐射对单独培养的孔石莼和蜈蚣藻的生长均有抑制作用,且随着UV-B胁迫时间延长及辐射剂量的增加,抑制作用愈加显着。共同培养条件下,低剂量、中剂量的UV-B辐射时孔石莼虽占据竞争优势,但其种群竞争能力有弱化趋势,二者的种间竞争趋向均衡;高剂量UV-B辐射对蜈蚣藻生长的抑制作用更明显,从而导致孔石莼在高剂量辐射处理中的优势地位更趋于明显。因此UV-B辐射增强可改变共培养体系中孔石莼和蜈蚣藻种间竞争的关系,且对应于不同UV-B辐射剂量其表现不同。长期UV-B辐射可能会影响孔石莼和蜈蚣藻产生克生物质的代谢过程。4、UV-B辐射对不同起始重量孔石莼和蜈蚣藻种间竞争作用的影响单养状态下不同起始重量的孔石莼和蜈蚣藻的生长均受到特定剂量UV-B辐射(9.6kJm-2d-1)的抑制作用,特定生长率SGR明显降低。共培养状态下,孔石莼(U)和蜈蚣藻(G)之间的种间竞争关系与起始重量密切相关,在起始重量比例为U:G =1.2:1及1:1时,孔石莼占据竞争优势,而起始重量比例U:G =1:1.2时,蜈蚣藻在共培养初期生长占优势,而后期孔石莼生长速率较快,超越蜈蚣藻成为优势种,而起始重量比例U:G =1:1.4时,较高接种重量为蜈蚣藻提供竞争优势。存在UV-B辐射时,共养体系中二者的种间竞争平衡向着有利于孔石莼的方向发展,蜈蚣藻的竞争能力呈进一步弱化趋势。
梁婵娟[3]2006年在《稀土铈对UV-B辐射胁迫下植物光合作用光反应的影响研究》文中进行了进一步梳理臭氧层衰减诱发UV-B辐射抵达地球表面增加,对陆生植物的影响引起学术界广泛关注。探讨稀土对UV-B辐射胁迫伤害植物的影响与机理,是稀土环境植物学研究的拓展和延伸,其结果可为减轻UV-B辐射伤害植物的防护对策提供参考。本文采用水培方法,以油料作物大豆(Glycine max)、品种“垦农18”为试验材料,研究稀土铈对UV-B辐射胁迫下植物光合作用光反应的影响。探讨了Ce(Ⅲ)对UV-B辐射胁迫下植物光合作用原初反应、电子传递、光合放氧及光合磷酸化的影响机制,并利用电镜技术同步观察大豆叶片叶绿体超微结构在上述条件下的相应变化。主要内容如下:i.确定了Ce(Ⅲ)对大豆幼苗的“剂量-效应”和“时间-效应”通过叶面喷施不同剂量Ce(Ⅲ),考察大豆幼苗光合速率(Pn)动态变化,发现各个剂量处理下Pn连续15d动态变化规律不尽相同,证实Ce(Ⅲ)对大豆幼苗光合作用的影响具有剂量效应和时间效应。20mg·L-1Ce(Ⅲ)处理下Pn的增幅最大,且增幅维持较高水平的时间最长,由此确定,该剂量为本实验中的适宜剂量(下同)。ii.确定了大豆苗期UV-B辐射的适宜剂量和时间测定不同UV-B辐射剂量下大豆叶片Pn变化,发现UV-B辐射剂量与叶片Pn呈显着负相关。与对照植株相比,UV-B辐射强度为0.15W·m-2时,Pn显着降低;为0.45W·m-2时,Pn的降幅>50%。因此确定,0.15 W·m-2和0.45 W·m-2UV-B辐射为本实验中的低(T1)、高(T2)效应剂量。iii.发现Ce(Ⅲ)可缓解UV-B辐射对大豆光合作用伤害Ce(Ⅲ)能提高大豆幼苗叶绿素(Chl)与类胡萝卜素(Car)含量、气孔导度(Gs)、饱和光光合速率(Ps)、饱和CO2光合速率(Pm)、表观量子效率(AQY)与羧化效率(CE),在一定程度上减缓了因UV-B辐射降解叶绿素、增加气孔阻力、降低量子产额、光合磷酸化和二磷酸核酮糖羧化酶(RuBP羧化酶)活性而导致的Pn下降。Car含量增加能有效防止UV-B辐射引起Chl发生光氧化,减轻了UV-B辐射对光系统的损伤。动态测定结果显示,由于Ce(Ⅲ)介导,减缓了5项指标在UV-B辐射期(1~5d)的下降趋势,而加快了在UV-B辐射结束后(6~11d)的上升速度,缩短了恢复历程,最终呈现较好的恢复效果,且低剂量的恢复效果好于高剂量。Pn与Chl含量、Gs、AQY及CE相关性分析结果表明,不同剂量UV-B辐射对植物光合作用的影响机制存在差异。如低剂量下Pn变化更多受Chl含量和AQY影响,高剂量下Pn消长主要与CE与Gs相关。另外,不同UV-B辐射剂量下,Ce(Ⅲ)缓解Pn递减的机制不尽一致。低剂量辐射下,Ce(Ⅲ)对AQY的调控对Pn影响最大,而在高剂量下,Ce(Ⅲ)维持较高Gs与CE活性最为关键。
参考文献：
[1]. 南极冰藻对UV-B辐射增强的适应性及其抗紫外线辐射活性物质的研究[D]. 缪锦来. 中国海洋大学. 2003
[2]. 潮间带大型海藻对UV-B辐射的生理响应及其种间竞争机制的研究[D]. 李丽霞. 中国海洋大学. 2009
[3]. 稀土铈对UV-B辐射胁迫下植物光合作用光反应的影响研究[D]. 梁婵娟. 江南大学. 2006