红毛菜科海藻应对逆境胁迫的光合和抗氧化生理响应

发布时间：2020-09-01 22:01

　　我国的大型海藻养殖业产量和规模在世界上名列前茅,养殖海藻种类丰富,包括海带(Saccharina Japonica)、条斑紫菜(Pyropia yezoensis)、坛紫菜(Pyropia haitanensis)、江蓠(Gracilaria spp)、裙带菜(Undaria pinnatifida)、马尾藻类(Sargassum)、红毛菜(Bangia)等。由于紫菜、红毛菜等生长在潮间带,随着潮水涨落,经常面临周期性环境胁迫,包括温度、光照、盐度、失水等。本研究以条斑紫菜和红毛菜为实验材料,通过测定在胁迫条件下藻体的生理生化指标,以探究在胁迫条件下其抗氧化生理响应特征,为了解海藻的抗逆机制奠定基础。实验结果表明:在对野生条斑紫菜进行干出胁迫后,随着失水程度的增大,PSII原初光能转化效率(Fv/Fm)显著降低,在失水率60%左右时降至最低值,但复水1 h后可恢复正常值。叶绿素a(Chl a)、类胡萝卜素(Car)和可溶性蛋白(SP)含量逐渐降低,藻红蛋白(R-PE)和藻蓝蛋白(R-PC)含量先下降后上升。藻胆蛋白(R-PE+R-PC):SP比值的变化趋势与藻胆蛋白类似,但在失水率40%时上升至对照水平,失水80%时显著高于对照值。丙二醛(MDA)含量在失水率≤30%时没有显著变化,失水率≥40%时显著上升,但失水率40%~80%藻体间没有显著差异。在失水率≤20%时,超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)的活性没有显著变化,过氧化物酶(POD)活性显著上升;失水率超过30%,三种酶的活力显著下降,低于对照,但失水率50%~80%组间没有显著差异。根据以上结果,我们推测:失水早期,抗氧化酶SOD、CAT尤其POD起着关键的清除自由基作用,因此MDA含量没有明显变化;随着失水程度增加,藻胆蛋白的抗逆作用逐渐显现,为藻体在复水后快速恢复光合作用提供保障。对采用插杆式养殖和全浮流式两种养殖的黄优1号藻体进行干出比较研究发现:采用插杆式养殖的藻体能够耐受70%的失水,而采用全浮流式养殖的藻体仅能耐受40%~50%的失水。并且随着干出程度的增加,其Fv/Fm均呈现显著性下降的趋势。采用插杆式养殖的藻体其色素含量高于全浮流式养殖的藻体。Chla和Car含量在失水20%时,均出现显著性下降,失水率从20%~50%,无显著性差异,当失水率达到60%时,其含量显著性下降。插杆式养殖的藻体失水率为20%时,其R-PE、R-PC以及SPs含量显著性下降,采用全浮流式养殖的藻体该类物质的含量在0%~50%时均保持较稳定水平。藻胆蛋白(R-PE+RPC):SP比值均出现上升趋势。插杆式藻体中的SOD、CAT、POD活力在失水率为60%~70%时显著性升高,而全浮流式藻体该类酶活力在失水率为40%~50%时显著性升高。结果表明,藻体在干出过程中,藻胆蛋白以及抗氧化系统中的POD、SOD、CAT发挥了重要作用,且从其活力发生显著性变化的临界点可以判断,插杆式养殖的藻体在耐失水性方面要优于采用全浮流式养殖的藻体。用不同比例淡水稀释的海水培养基(75%海水、50%海水、25%海水、0%海水)对红毛菜进行培养,期间对Fv/Fm、超氧阴离子(O~(2-))、过氧化氢(H_2O_2)、MDA、总抗氧化能力(T-AOC)、POD、SOD、CAT、谷胱甘肽还原酶(GR)等指标进行测定,结果发现:随着处理时间的延长,当海水含量为75%时,藻体Fv/Fm值总体呈现逐渐下降的趋势。当海水含量为50%时,将藻体置于培养液中培养1h,其Fv/Fm值与对照组相比显著降低(P0.05),培养至2d时,藻体Fv/Fm显著性下降(P0.05),培养时间从第2d至第8d,藻体Fv/Fm无显著性差异。当培养液为25%海水时,将藻体置于培养液中培养1h,其Fv/Fm值与对照组相比显著降低(P0.05),培养至第2d时,显著性下降(P0.05),培养至第6d时,Fv/Fm又出现显著性下降(P0.05)。置于0%海水中的藻体当培养1h时,与对照组相比,藻体Fv/Fm值出现显著性降低(P0.05),培养至12h时,该值显著性升高(P0.05),随后呈现显著性下降(P0.05)。各个处理组中的藻体随着培养时间的延长,25%海水处理组O~(2-)含量出现显著性下降,其余三组藻体O~(2-)含量变化差异不大。H_2O_2含量显著性上升均出现在培养第3d与第7d时。25%海水、0%海水以及50%海水处理组的MDA含量均呈现逐渐上升的趋势,而75%海水处理组中的红毛菜MDA含量在培养至第4d时出现显著性下降(P0.05),但从第4d至第7d,其含量呈现显著性上升,但始终低于对照组。75%海水、50%海水以及25%海水处理组的T-AOC活力在胁迫过程中虽出现几次波动,但始终低于对照组,而0%处理组的T-AOC活力在培养至第5d时出现峰值,随后显著性下降。0%海水中的红毛菜POD活力逐渐上升;SOD在培养第4d和第7d时出现活力高峰;CAT活力在整个过程中虽然出现过几次波动,但始终低于对照水平;GR在培养至第3h、1d、5d时出现活力高峰。25%海水中POD活力在3h、3d、6d时出现峰值;SOD在培养至第第3h、2d、6d时出现活力高峰;CAT出现过几次波动,但总体低于对照水平;GR在培养至第1d和第7d时出现峰值。50%海水中红毛菜POD活力在培养3h、1d、5d时出现峰值;SOD活力在培养至第5d时出现峰值,随后逐渐下降;CAT在培养至第5d时出现活力高峰,随后显著性降低;GR分别在第3h、5d、6d时出现活力高峰,第7d时显著低于对照。75%海水淡水中红毛菜POD活力在4d时出现峰值;SOD活力无显著性升高;CAT活力在整个胁迫过程中出现过几次波动,但均低于对照水平;GR在第1d和第5d时出现活力高峰。结果表明,处于不同海水比例中的红毛菜均受到不同程度的胁迫,以至于藻体H_2O_2含量增加,进而导致膜脂过氧化产生了过量的MDA,SOD、POD、GR在清除O~(2-)以及H_2O_2的过程中发挥了重要作用,总体上,T-AOC活力表现逐渐降低趋势。
【学位单位】：上海海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：S917.3

【参考文献】