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坛紫菜（Pyropia haitanensis）是我国特有的暖温带大型海藻，具有重要的营养价值、经济价值与生态价值。受自然分布的潮间带环境影响，须经历周期性的低潮失水与高潮复水的环境变化过程。低潮时，坛紫菜经常遭遇烈日或暴雨天气，藻体面临高盐和低盐胁迫，但高潮复水后又能迅速恢复正常生长，说明坛紫菜在长期的自然选择中进化出了独特的耐盐机制。已有大量研究结果表明，K+/Na+平衡在耐盐植物、海草、微藻中扮演着重要角色，但其是否参与以及如何调控坛紫菜响应盐胁迫的过程尚不明确。因此，本研究以坛紫菜Z-61品系叶状体作为实验材料，主要从离子转运动态的角度出发，并结合添加离子通道特异抑制剂的药理学方法，探究坛紫菜响应盐胁迫过程中维持K+/Na+平衡的机制以及渗透压调节作用，并分析坛紫菜应答高盐胁迫和低盐胁迫的异同点，初步分析坛紫菜的耐盐机制，为阐明坛紫菜的抗逆机制提供新的理论基础。主要结果如下: (1)与对照组（30‰盐度）相比，100‰盐度对坛紫菜藻体最大光化学量子产量Fv/Fm无显著影响;110‰盐度下，藻体Fv/Fm逐渐下降至0，但转移至对照海水后其仍能恢复到初始水平，由此将110‰称之为“亚致死”(sub-lethal)盐浓度;而120‰盐度下，藻体Fv/Fm急剧下降至0，且转移到对照海水中也不能恢复正常，因此，选择100‰和110‰作为盐处理条件进行后续离子平衡的比较研究，结果表明:坛紫菜在高盐胁迫下受到的离子毒害大于渗透压胁迫，渗透压胁迫对胞内离子含量无显著性影响;坛紫菜能够耐受100‰的高盐环境，主要是由于藻体排Na+保K+能力较强，能够维持胞内K+/Na+稳定;而110‰条件下，坛紫菜K+损失显著高于100‰条件，使得K+/Na+进一步下降，但随着胁迫时间的增加仍能保持在1.28左右，保证胞内K+/Na+平衡不被完全打破，促使藻体复水后可以快速恢复生长。同时，坛紫菜通过降低光合活性，防止光损伤，减少ROS的产生，防止K+/Na+失衡;而120‰胁迫下，胞内Na+含量短时间内显著上升，过多的Na+造成藻体生物功能受损，Na+外排能力下降，质膜去极化程度升高，K+外泄严重，最终导致K+/Na+比率低于1，钾钠平衡严重失调，诱导藻体死亡。由此可见，维持K+/Na+平衡对于坛紫菜应答高盐胁迫至关重要。进一步的药理学研究发现，阿米洛利（amiloride）和原钒酸钠(orthovanadate)分别抑制Na+/H+逆向转运蛋白和质膜质子泵活性后，Na+外排系统受损，导致胞内Na+含量显著升高，K+外泄严重，K+/Na+显著降低;而氯化四乙胺(TEA)抑制外向整流K+通道(KORCs)后则能一定程度上缓解K+外泄。这说明坛紫菜在高盐100‰和110‰胁迫下，能够激活质膜H+-ATPase驱动Na+/H+逆向转运蛋白，将胞内多余的Na+从细胞质外排到质外体，防止Na+在细胞内过度积累，阻止Na+引起的质膜去极化，减缓K+从去极化激活的酸、可溶性糖、甜菜碱和海藻糖等渗透压调节物质，稳定细胞膨压，防止细胞过度失水。然而，100‰和110‰两种盐度下渗透压调节物质含量没有显著差别。因此，藻体可以维持更高的K+/Na+可能是坛紫菜适应100‰盐度的重要原因。 (2)对于低盐胁迫而言，坛紫菜藻体能够耐受5‰低盐环境，Fv/Fm无明显变化;而0‰胁迫下，藻体K+流失严重，复水后也无法恢复正常水平，导致其Fv/Fm随胁迫时间显著下降，表明藻体受到不可逆的功能损伤。同时，坛紫菜藻体Na+含量在低盐5‰和0‰胁迫条件下短时间内骤降，并快速调低体内脯氨酸、甜菜碱和海藻糖等渗透压调节物质含量，维持细胞膨压，以应对外界水环境渗透压胁迫。此外，离子通道抑制剂对低盐胁迫下坛紫菜藻体内的离子含量与K+/Na+无显著影响。以上结果说明，坛紫菜在低盐条件下优先外排无机离子和降低有机渗透调节物质来维持胞内与水环境的渗透压平衡。其中，维持较高K+水平可能是坛紫菜可以适应5‰低盐环境的主要原因之一。 (3)对比坛紫菜应答高盐和低盐胁迫的方式可以发现:高盐胁迫对藻体的危害主要是离子毒害，坛紫菜维持K+/Na+平衡的能力在其应答极端高盐胁迫过程中起着至关重要的作用。坛紫菜主要通过质膜H+-ATPase、Na+/H+逆向转运蛋白等离子转运体和通道进行排Na+保K+;而低盐胁迫对藻体的危害主要是低渗胁迫，坛紫菜藻体可以通过快速调节无机离子和有机渗透调节剂来响应细胞与环境之间极高的渗透势差。其中，藻体钠离子和钾离子的快速流失和高盐胁迫下的方式存在明显区别，初步推测二者主要通过非选择性阳离子通道排出，具体机制有待进一步验证。 综上所述，坛紫菜具有很强的耐盐能力，并且响应高盐与低盐胁迫的机理存在明显区别，本研究为进一步阐明藻类耐盐机理提供了新的视野和理论依据。