本文選題：杜氏鹽藻　切入點：UV-B輻射增強　出處：《中國海洋大學》2014年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：臭氧層變薄導致更多的UV-B輻射到達地面，從而給海洋生態(tài)系統(tǒng)帶來顯著的生態(tài)學和生物學效應。微藻是較為古老的物種，在整個進化過程中，其周圍環(huán)境中的UV-B輻射不斷增強；作為初級生產者和食物鏈的基礎，海洋微藻是海洋生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，逐漸增強的UV-B輻射對其的影響將通過食物鏈傳遞到其他營養(yǎng)級，并對整個海洋生態(tài)系統(tǒng)造成顯著影響；此外海洋微藻在調節(jié)全球氣候變化中也發(fā)揮著重要的作用。研究海洋微藻對UV-B輻射增強的響應變化對揭示海洋微藻進化的本質、規(guī)律及其適應機制具有重要的理論意義。 本研究以海洋模式微藻—杜氏鹽藻（Dunaliella salina）為實驗對象，以UV-B輻射增強為脅迫因子，從最基礎的生長、細胞結構、生理、生化等層面闡明杜氏鹽藻對短期UV-B輻射增強的響應特征，并基于活性氧信號通路和鈣離子信號通路探討響應機制和機理；同時基于Fluctuation analysis進化模型，從進化和遺傳角度探討微藻對長期UV-B輻射增強的適應性。研究結果將進一步完善UV-B輻射對水生浮游微藻的影響及機理研究，為評估生物在UV-B輻射不斷增強環(huán)境中的生存提供有關適應機制和保護進化的理論依據(jù)。結果如下： 1.杜氏鹽藻對短期、適量的UV-B輻射增強的響應 （1）UV-B輻射增強能夠抑制杜氏鹽藻微藻種群密度的增加，UV-B輻射劑量組的日生長速率（DGRs）均極顯著低于對照組，停止生長的時間提前；但UV-B輻射能夠誘導細胞干重和細胞內可溶性蛋白含量的上升，并具有顯著的劑量-效應關系； （2）利用倒置顯微鏡和透射電子顯微鏡技術發(fā)現(xiàn)，在UV-B輻射增強條件下，杜氏鹽藻細胞體積增大，，細胞形狀由橢圓形變?yōu)閳A形；細胞核周圍的空泡逐漸增多，原生質膜發(fā)生裂解，細胞核結構遭到破壞，淀粉鞘松散，葉綠體片層結構發(fā)生斷裂或缺失，越來越多的油脂小球出現(xiàn)，其中葉綠體和細胞核等結構是主要的靶位點； （3）通過光合色素測定、葉綠素熒光技術以及1，5-二磷酸核酮糖羧化酶活性變化發(fā)現(xiàn)杜氏鹽藻的光合生理受到UV-B輻射增強的影響：UV-B輻射增強影響光合色素含量和光合色素之間的比值，降低杜氏鹽藻的光合效率及強光下的光能利用效率，改變微藻對過量光能的分配特征，但增強其在強光下的耐受能力和固碳能力。UV-B輻射降低杜氏鹽藻對硝酸鹽的吸收速率、提高其對磷酸鹽的吸收速率，改變與營養(yǎng)鹽代謝相關的酶活，誘導細胞內甘油含量的升高，從而干擾滲透壓平衡。研究結果表明，UV-B輻射影響了杜氏鹽藻的生長、細胞結構、光合生理、營養(yǎng)鹽吸收與代謝以及滲透壓平衡，但杜氏鹽藻對UV-B輻射增強是一個損傷與防御之間的動態(tài)過程。 2.基于信號氧和鈣離子信號通路探討UV-B輻射對短期的、適量的UV-B輻射的響應機制 （1）UV-B輻射可以誘導杜氏鹽藻發(fā)生膜脂過氧化反應，造成氧化損傷；SOD、GPx、GR、GST和CAT等抗氧化酶活性以及GSH/GSSG、AsA/DHA等抗氧化劑含量均發(fā)生了變化；可以推斷活性氧信號通路系統(tǒng)在杜氏鹽藻對短期的、適量的UV-B輻射響應過程中發(fā)揮了一定的作用。 （2）UV-B輻射可以誘導杜氏鹽藻質膜上的鈣泵活性發(fā)生變化，因此可以推斷：鈣離子信號通路系統(tǒng)參與了UV-B輻射對杜氏鹽藻的影響過程； （3）在杜氏鹽藻對UV-B輻射響應過程中，外加鈣離子效應劑CaCl2和LaCl3對抗氧化酶活性無影響；加入胞內鈣離子抑制劑BAPTA顯著抑制了酶的活性（P0.05）；加入活性氧抑制劑NAC后，鈣泵活性顯著降低（P0.05），可以推測在UV-B輻射條件下，鈣離子參與了杜氏鹽藻的氧化應激反應，且游離鈣離子并非通過質膜鈣離子通道進入細胞，而是來源于胞內鈣庫；活性氧參與鈣離子信號通路的作用過程。因此活性氧和鈣離子信號通路之間具有交聯(lián)關系，并且可能通過谷胱甘肽的循環(huán)和代謝偶聯(lián)在一起。 3.杜氏鹽藻對長期的、致死劑量的UV-B輻射的響應 （1）基于進化模型（Fluctuation analysis）研究杜氏鹽藻對長期的、致死劑量的UV-B輻射的響應發(fā)現(xiàn)，微藻種群內由于敏感細胞的存在而發(fā)生大規(guī)模細胞死亡的現(xiàn)象，后因抗UV-B輻射細胞的出現(xiàn)促使種群重新生長和繁殖； （2）分析不同處理組之間的發(fā)現(xiàn)，抗性細胞來源于自然種群在進化過程中偶然地、隨機地產生的突變，因此可以推斷在進化過程，因偶然的、隨機的突變產生的抗UV-B輻射細胞的存在保證了杜氏鹽藻這一物種在UV-B輻射增強環(huán)境中的生存和繁殖。
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【學位授予單位】：中國海洋大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：Q691;Q178.53

【參考文獻】

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本文編號：1645122