典型藻华种东海原甲藻碳同化机制研究

发布时间：2020-04-16 10:52

【摘要】：东海原甲藻是我国近岸海域的代表性浮游植物藻华种。该种在我国东南沿海频繁引发大规模藻华,不仅对海洋生态系统造成严重破坏,对沿海海域生物资源、水产养殖以及公众健康也造成了严重危害。尽管目前对其形态分布、生理生态、分子鉴定以及表达序列等方面开展了广泛的研究,但对其碳同化机制的研究尚未开展,一定程度上限制了我们对其藻华形成机制的认知。本论文以东海原甲藻为研究对象,综合运用qPCR、稳定同位素比质谱和生理生态学方法,研究东海原甲藻的碳同化机制及其对不同环境的响应机理,重点研究不同CO2浓度、不同温度以及不同氮培养条件下,参与调控C3和C4同化途径的基因及其表达,结合碳同化酶活性和自然丰度碳稳定同位素分析,探讨东海原甲藻碳同化途径对不同环境条件变动的响应机理。主要研究结果如下:(1)比较研究了不同CO2浓度条件下东海原甲藻的碳同化机制。东海原甲藻既可以利用HCO3-也可以利用CO2,但对二者利用的优先性存在差异。充气条件下CO2充足,东海原甲藻优先利用CO2作为无机碳源,藻细胞生长到达稳定期时的细胞密度更高,且细胞活力更高;不充气条件下,水体中无机碳浓度随生物量增加而显著降低,此时东海原甲藻同时利用CO2以及HCO3-,细胞的碳酸酐酶(CA)、磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)以及磷酸烯醇式丙酮酸羧化激酶(PEPCK)的表达量和酶活性均显著上调,藻细胞颗粒性有机碳的δ13C比重增加且接近于海水中δ13C比重,证明东海原甲藻细胞中存在C4途径,且在低CO2浓度时高表达;(2)比较研究了不同温度条件下东海原甲藻的碳同化机制。东海原甲藻在19℃～28℃范围内均能正常生长,但不同温度下藻细胞的生理状态以及碳同化机制存在差别。当温度在19℃～25℃范围内变动时,升温将导致藻细胞的生长速率以及细胞活力显著增加,细胞的有机碳和有机氮含量降低,同时CA、PEPC和PEPCK的表达量和酶活性均升高,表明升温导致东海原甲藻碳浓缩机制(CCM)和C4途径均显著上调;细胞内1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶(RubisCO)基因表达量降低而酶活性增加,低温条件下RubisCO的转换速率降低,需要增加表达量来满足其光合固碳需求。温度继续增加至28℃时,东海原甲藻细胞生长速率不变,细胞活力显著降低,细胞内光合色素含量显著增加,同时RubisCO、CA、PEPC以及PEPCK的表达量和酶活性均降低。这些结果表明,25 ℃为东海原甲藻的最适生长温度;(3)比较研究了氮限制以及不同氮源条件下东海原甲藻的碳同化机制。氮限制显著降低了东海原甲藻细胞的生长速率、细胞活力以及光合色素含量等,同时RubisCO、CA、PEPC和PEPCK的表达量及酶活性均显著降低。东海原甲藻能够有效利用硝酸钠、氯化铵和尿素维持细胞生长,东海原甲藻细胞生长速率、细胞活力、光合色素含量以及细胞内有机碳和有机氮含量均无显著差别,但其碳同化途径表达模式存在显著不同。以硝酸钠和氯化铵为氮源时,藻细胞的碳同化途径无显著差别;以尿素为氮源时,CA、PEPC和PEPCK的表达量及酶活性均显著降低,而RubisCO的表达量及酶活性则保持不变,表明东海原甲藻可以利用尿素降解生成的CO2,并显著下调胞内无机碳浓缩途径的基因表达。
【图文】：

ｃｅＳｍ，，２下的东海原甲藻生长速率无显著差别（Ｐ＞0．0５），，第６天开始二者生长开始出现逡逑差别，充气体系中的藻细胞密度（４４，９５０邋ｃｅｌｌｓ／ｍＬ）略低于不充气体系（５７，６００逡逑ｃｅｌｌｓ／ｍＬ），同时二者都进入指数生长期。未充气体系的东海原甲藻第９天到达稳逡逑定期，藻细胞密度为１３１，１００邋ｃｅｌｌｓ／ｍＬ，随后缓慢下降至７３，３３３邋ｃｅｌｌｓ／ｍＬ；充气体逡逑系中的东海原甲藻则在第１１天到达稳定期，稳定期的藻细胞密度为２２７，０００逡逑ｃｅｌｌｓ／ｍＬ，到达稳定期后的生物量较为平稳，保持在２２，０００邋ｃｅｌｌｓ／ｍＬ，只在生长逡逑末期出现少量下降，且其稳定期细胞密度显著高于未充气体系（Ｐ＜0．0５）（图逡逑２．２．１）。逡逑每天相同时间取样测定不同培养体系的ＰＳ邋ＩＩ最大光化学量子产量（Ｆｖ／Ｆｍ）。逡逑培养初期两组藻细胞的Ｆｖ／Ｆｍ基本相同且保持相对恒定（约０．６３），第４天起未逡逑充气体系的Ｆｖ／Ｆｍ开始下降，直至第１４天下降至０．４７。充气体系的Ｆｖ／Ｆｍ则始逡逑终保持在０．６８左右，只在培养末期下降至０．５９邋（图２．２．１）。逡逑０．９逡逑

第２章不同Ｃ０２浓度条件下东海原甲藻碳同化机制研究２．３．２碳稳定同位素比值逡逑两种培养体系中东海原甲藻Ｓ１３Ｃ初始值均为－１８．４４％。，未充气体系的Ｓ１３Ｃ前４天基本保持在－１８．７１％。，从第５天开始增加直至第９天到达稳定，稳的比重为－１３．５４％。，至培养第１２天出现轻微下降，其Ｓ１３Ｃ比重最终为－１５．７０于充气体系，其Ｓ１３Ｃ比重前４天缓慢下降直至－２２．３６％。，从第５天起保持稳定，达到稳定状态时的ＳｎＣ比重为－２１．９５％。（图２．２．２）。逡逑
【学位授予单位】：厦门大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X55

【参考文献】

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本文编号：2629699