不同温度和光照强度对裙带菜(Undaria pinnatifida)幼孢子体叶绿素荧光参数和抗氧化系统的影响

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裙带菜因其重要的生态价值和经济价值,已成为重要的科研材料和养殖品种,然而,无论是自然分布还是人工养殖,温度和光照强度都是制约裙带菜生长和发育的重要环境因子。本文以裙带菜幼孢子体为材料,通过室内培养、连续观察、周期性取样检测等方法,研究了不同温度(14℃、20℃、24℃、28℃)和光照(90μmolm-2s-1、 180μmolm-2s-1、270μmolm-2s-1)条件对于藻体内叶绿体荧光参数和抗氧化系统的影响。主要结果如下:1、温度对裙带菜幼孢子体叶绿素荧光参数的影响不同温度处理后,裙带菜幼孢子体F0随温度增加先升高后降低,在24℃最高。Fv/Fm在温度为14℃、20℃、24℃处理时,维持在0.65-0.7之间,与前入关于海藻的研究一致;28℃处理随实验的进行逐渐下降,24h后与对照组间显著降低,表明藻体受到高温胁迫;Fv/F0与Fv/Fm变化趋势一致。不同温度处理NPQ的变化受光暗影响,在光照条件下(0-12h、24h、48h)随温度升高而升高;黑暗条件下(12h、36h、60h)随着温度的升高而显著降低;72h后28℃处理的藻体死亡,其余三组均表现出随温度升高而降低的变化趋势。Qp随着处理温度的升高逐渐降低,28℃处理24h之后差异显著,ΦPSⅡ趋势与Qp一致。根据上述裙带菜幼孢子体的荧光参数变化,可以将高温下裙带菜幼孢子体的光合作用总结如下,随着实验处理温度由14。C到28。C逐渐升高的过程中,低于24℃时藻体逐渐适应环境,荧光耗散下降,原初反应降低不显著,非荧光淬灭在光周期上升、在暗周期下降,即藻体光合作用在高温和光照条件下下降。28。C处理后藻体原初反应显著下降,可能是PSⅡ反应中心被高温破坏,光合作用下降,暗周期无法恢复,72h后藻体死亡。2、温度对裙带菜幼孢子体抗氧化系统的影响不同温度处理后发现裙带菜的温度耐受性是有限的,藻体在应对温度变化的过程中产生一些对藻体有毒害作用的活性氧,引起一系列的生理生化反应,其中的抗氧化系统在裙带菜幼孢子体抵抗高温过程中起了重要作用。活性氧:O2-活性在前24h和72h后随温度升高而升高,28℃时活性被抑制;H202活性在24℃和28℃C都处于较低水平;膜损伤程度标志物MDA含量与活性氧含量变化对应。抗氧化酶:SOD活性变化趋势与温度呈显著正相关;CAT和POD活性在24℃显著升高,与SOD起到协同清除活性氧的作用。抗氧化物AsA和GSH主要在前48h起作用,随温度的上升而显著升高,且各温度下均出现随时间先升高后降低的趋势,在9h出现峰值。抗氧化物AsA的含量与总抗氧化力变化趋势一致。在藻体抗高温应激的过程中,抗氧化酶和抗氧化剂对裙带菜幼孢子体耐受高温环境的不同时期起到了重要作用。总体而言,高温环境会使裙带菜幼孢子体光合作用下降,超出一定范围会影响到成体的生长存活状态,并进一步限制整个裙带菜群体在自然界的分布。3、光照对裙带菜幼孢子体叶绿素荧光参数的影响实验中,裙带菜幼孢子体的叶绿素荧光参数Fv/Fm与光照强度成负相关;光照增强,180μmolm-2s-1、270μmolm-2s-1同一光照下不同时间Fv/Fm呈现出随光暗周期的节律变化,在光照条件显著下降,黑暗条件(12-24h,36-48h)Fv/Fm上升;Fv/F0表示PS Ⅱ的潜在活性,与Fv/Fm有一致的趋势,裙带菜幼孢子体接收的光照越强,Fv/Fo值越低,可能是光照强度升高引起藻体“动态光抑制”。270μμmolm-2s-1处理组光合作用在光周期均显著下降,而在黑暗条件下有所恢复;与此相反的是,Qp值270μmolm-2s-]处理组略高于对照组,且在36h后有显著上升,ΦPSⅡ与Qp值的变化规律相似,可能是光照强度未达到胁迫水平,在一定范围内光照增强促进了光合电子传递速率。裙带菜幼孢子体NPQ受光照强度影响差异不显著,但随光周期呈现节律性变化,在光周期(0-12、24-36、48-60h)上升,暗周期(12-24h、36-48h、60-72h)下降。本实验在强光下裙带菜幼孢子体光合作用速率略有下降,但通过提高光周期的热耗散释能水平,有效避免了PSⅡ不可逆损伤,藻体光合速率经过暗周期恢复,甚至超过原来的水平。4、光照对裙带菜幼孢子体抗氧化系统的影响裙带菜在提高的光照环境下,抗氧化系统的应激反应与温度处理组不同。不同光照环境下活性氧H202含量在180μmolm-2s-1、270μmolm-2s-1处理组均高于90μmolm-2s-1处理,差异显著;在高光条件下,H202含量在光周期(0-12h、30-36h、 60h、72h)较高,暗周期有所下降。O王在不同光照处理之间趋势一致,在光周期下降,暗周期保持平稳。MDA含量变化趋势为270μmolm-2s-1处理组在前24h升高,后降低与对照水平相当,且在实验过程中光周期和暗周期中均呈现先上升后下降周期性变化。SOD是分解O2-的专一酶,其活性在各光照处理间无显著变化,含量与O2一变化相反。POD在整个实验周期活性均较低并保持相对稳定,仅在光照强度为270μmolm-2s-1处理30h时其活性显著升高。CAT活性随光照增强而降低,也有光暗周期的先升高后降低现象。光照强度增强抗氧化物AsA含量上升,差异不显著;GSH含量随光强增强而上升,且在部分光周期显著;同一光照强度,光照和黑暗条件GSH含量均在前24h表现为先升高后降低。T-AOC在光周期(0-9h、24-30h)随光照强度增强而增强,在24-30h差异显著(P<0.05),在暗周期(12-15h、36-48h)随光照强度增强而下降。尽管强光也能产生高温,但本研究发现高光作用下藻体产生了较多的H202,主要的清除剂是抗氧化酶POD和抗氧化物GSH。此外,还表现出来明显的光照和黑暗条件的周期节律,藻体在光周期的高光条件下可能遭受一定的胁迫,但在暗周期可能恢复。
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