论文部分内容阅读
红毛菜是一种重要的经济海藻,因其味道鲜美且营养价值高,已经被广泛应用于食品、医疗和科研等领域。本文通过叶绿素荧光、液相氧电极、非损伤微测和液相色谱-质谱联用等技术,分别探究红毛菜(Bangia fuscopurpurea,海水种)和暗紫红毛菜(Bangia atropurpurea,淡水种)配子体在盐度胁迫下的光合作用、呼吸作用、离子流和代谢途径变化等生理响应,以阐明其应对盐度变化的适应机制,这可为阐明红毛菜由海水向淡水演化的适应机制及红毛菜养殖业中的杂藻防治、抗逆良种培育等奠定理论基础。主要研究结果如下:红毛菜在低盐、暗紫红毛菜在高盐胁迫下,前期PSII原初光能转化效率(F_v/F_m)均快速下降,且下降幅度与胁迫程度呈正相关。随胁迫时间延长,高度低盐胁迫对红毛菜F_v/F_m具有显著抑制效应;暗紫红毛菜中,从第1d开始各高盐胁迫组F_v/F_m均显著低于对照,但到后期(6-7d)与对照组间无显著差异。盐度胁迫对两种红毛菜的表观光合速率(P_n)影响显著,6h-1d总体上两种红毛菜P_n呈下降趋势;3d后红毛菜不同低盐组间无显著差异,暗紫红毛菜全海水胁迫下P_n甚至降为负值。红毛菜在胁迫早期藻体的呼吸耗氧速率(R_d)的变化趋势与F_v/F_m一致,先下降后快速恢复到对照水平,且胁迫组R_d均显著低于对照组;相反,暗紫红毛菜随胁迫时间的延长,胁迫组R_d呈上升趋势,显著高于对照。高浓度钒酸钠(200-500μmol/L)在胁迫后期显著抑制红毛菜的F_v/F_m;1-6h各钒酸钠组中暗紫红毛菜F_v/F_m均低于对照,12h时恢复到与对照相当,随后随钒酸钠浓度增加而呈线性下降。钒酸钠和盐胁迫同时作用下,两种红毛菜胁迫组F_v/F_m在前期与对照相比差异不大。红毛菜,从3-4d开始,500μmol/L显著降低各盐度组F_v/F_m;200μmol/L钒酸钠仅对盐度16-24组的红毛菜F_v/F_m具有显著抑制作用,50-200μmol/L钒酸钠对全淡水环境中F_v/F_m具有显著促进作用,且较高浓度钒酸钠促进作用更大。暗紫红毛菜,实验后期各钒酸钠组对盐度8-24组中的F_v/F_m具有显著抑制性,而在全海水胁迫下,仅500μmol/L组显著下降。红毛菜在低盐或暗紫红毛菜在高盐胁迫下,加入500μmol/L钒酸钠后,P_n呈先下降后上升又下降的趋势,与F_v/F_m结果类似。早期,红毛菜在低盐胁迫下,P_n甚至高出对照,后期中等程度低盐胁迫组逐渐与对照相当,仅全淡水胁迫组明显低于对照。暗紫红毛菜在实验后期,盐度8与24组P_n甚至超出对照。6h,两种红毛菜R_d值在各组间总体处于同一水平;随胁迫时间延长,均出现个别实验组R_d高出对照组现象,且在暗紫红毛菜中此现象较明显。以上结果表明:红毛菜和暗紫红毛菜可以对盐度胁迫作出快速响应,其呼吸作用的增强及对质膜H~+-ATPase酶的调控可能在应对盐度胁迫时发挥重要作用,较长时间盐度胁迫能够对两种藻体的光合作用产生不可逆影响。红毛菜和暗紫红毛菜H~+和Na~+流测定结果显示:1)对照组,红毛菜H~+和Na~+均处于外排状态,暗紫红毛菜H~+内流,Na~+外排。2)红毛菜在低盐胁迫下,H~+和Na~+流外排均有所下降,其中H~+流S3组(盐度16)变化程度较大,接近0;Na~+流为S5组变化更加显著,在0上下波动,S3组与对照组相比稍有下降。暗紫红毛菜在高盐胁迫下,S3组H~+内流量和Na~+流外排量均明显下降,而S1组与对照相比变化不明显。3)对照组加入钒酸钠后,红毛菜H~+流由外排变为内流状态,暗紫红毛菜H~+内流量也明显下降,两者Na~+外排流速均显著增加。4)盐度和钒酸钠同时胁迫,比单独盐度胁迫时,红毛菜H~+流外排进一步被抑制,变为内流,而Na~+流变化不明显;暗紫红毛菜,H~+内流进一步被抑制,S1组甚至有外排趋势,Na~+流为S3组外排稍增加,S1组外排显著下降到0附近。由以上结果可以看出,盐胁迫后,两种红毛菜的H~+流活动与对照相比均被抑制,加入钒酸钠后对H~+流的抑制作用进一步加强。在不同盐度条件以及加入钒酸钠后,红毛菜Na~+流外排量都表现为S1组>S3组>S5组(0附近),即外部环境[Na~+]越高,细胞Na~+外排量越大,说明细胞膜对环境Na~+一直具有很好的屏障作用;暗紫红毛菜,在高盐时,Na~+外排量为S5组≈S1组>S3组,加入钒酸钠后,则为S5组>S3组>S1组(0附近或略低于0),即外部环境[Na~+]越高,细胞Na~+外排量越少,S1组甚至出现少量内流现象,说明此时细胞膜对Na~+的屏障作用被抑制或有其他过程参与调控。综上,两种红毛菜在加入钒酸钠后H~+流均出现逆向转变,说明对质膜H~+-ATPase活性的调节影响了H~+流。两种红毛菜在高盐下均具有逆向运输Na~+/红毛菜在低盐下具有维持胞内Na~+的能力,为红毛菜适应淡水和暗紫红毛菜适应海水提供了生理基础。在此过程中,存在除质膜H~+-ATPase外的其他调控途径,有待深入研究。为探究两种红毛菜在不同盐度胁迫下代谢通路及代谢物的差异,本文利用LC-MS(液相色谱-质谱联用)非靶向代谢组学对其进行分析,结果显示:从整体看,盐胁迫下两种红毛菜的不饱和脂肪酸生物合成途径与对照组相比均呈极显著性差异,这可能与细胞膜上磷脂双分子层的组成成分相关,当两种红毛菜遭遇胁迫时,首先调动的是细胞膜的防御功能。暗紫红毛菜在不同程度高盐胁迫时,均以不饱和脂肪酸生物合成和代谢途径为极显著性差异通路。红毛菜不同低盐胁迫组出现差异:除不饱和脂肪酸外,盐度16时,苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸生成、脂肪酸生物合成和氧化磷酸化等代谢通路出现极显著性差异;全淡水胁迫下,谷胱甘肽代谢、光合生物的固碳作用和嘧啶代谢途径出现极显著差异。综上,两种红毛菜在不同盐度胁迫下,不饱和脂肪酸生物合成途径均差异极显著。除此,与红毛菜相比,暗紫红毛菜极显著性差异代谢通路减少,高盐胁迫下差异代谢物数量降低,结合第二章结果暗紫红毛菜在全海水胁迫6h下F_v/F_m显著回升,随胁迫时间延长,F_v/F_m与对照无显著差异,可能由于暗紫红毛菜对海水具有较强的适应能力,从而表现在差异代谢物数量较少、差异倍数较小。