杜氏鹽藻(Dunaliella salina)對UV-B輻射增強的響應及基于活性氧和鈣離子信號通路變化的作用機制探討.pdf

1、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(chǎn)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

2、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

3、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;

4、
　　(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

5、: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

6、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-

7、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(P<0.05);加入活性氧抑制劑NAC后,鈣泵活性顯著降低(P<0.05),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

8、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