缺氮及氮恢復(fù)對龍須菜內(nèi)源氨氮代謝影響的研究.pdf

1、氨氮是海藻最容易被吸收和利用的氮源形式，氨氮被藻體吸收后，形成含氮有機(jī)物，之后可通過聯(lián)合脫氨、光呼吸等作用脫去氨基產(chǎn)生內(nèi)源氨氮，硝酸還原酶還原硝氮也可以產(chǎn)生內(nèi)源氨氮。內(nèi)源氨氮在藻體中參與氮代謝，在外源氨氮供給不穩(wěn)定的情況下，內(nèi)源氨氮的代謝水平與藻體的生理生化反應(yīng)密切相關(guān)，而在外源氮供給缺乏的條件下藻體內(nèi)源氨氮和光呼吸等生理代謝之間的關(guān)系的研究卻少見報(bào)道。因此，本文以龍須菜為實(shí)驗(yàn)材料，施以缺氮和氮恢復(fù)的培養(yǎng)條件，通過檢測光合色素，氨基酸等

2、基礎(chǔ)生理生化指標(biāo)和氮代謝相關(guān)基因的表達(dá)量來探討缺氮條件下及氮恢復(fù)后光呼吸與藻體內(nèi)源氨氮的關(guān)系，并探討在缺氮條件下及氮恢復(fù)后光合作用和光呼吸作用之間的相互影響。
　　本文以龍須菜(Gracilaria lemaneiformis)為實(shí)驗(yàn)材料，取20g龍須菜以氮營養(yǎng)濃度為90μM（其中氨氮與硝氮的摩爾比為NH4+：NO3-=2:1）、磷營養(yǎng)濃度為4.48μM的人工海水預(yù)培養(yǎng)10d。經(jīng)預(yù)培養(yǎng)后的龍須菜先進(jìn)行缺氮處理10d，然后再氮恢復(fù)處

3、理4d，對照組氮濃度與預(yù)培養(yǎng)的濃度保持一致。實(shí)驗(yàn)期間每兩天換一次水，分別在缺氮處理的0h、4h、8h、24h、48h、4d、10d和補(bǔ)氮后的4h、8h、24h、48h、4d時間點(diǎn)取龍須菜用于后續(xù)指標(biāo)的測定。本文測定了谷氨酸、甘氨酸、絲氨酸、丙氨酸、天冬氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺等氨基酸、葉綠素a、可溶性糖、藻紅蛋白、可溶性蛋白、藻體內(nèi)的氨氮等的含量的變化，并且檢測了光呼吸關(guān)鍵酶基因甘氨酸脫羧酶T亞基（GDCT）、甘氨酸脫羧酶P亞基（GDC

4、P）、絲氨酸：乙醛酸轉(zhuǎn)氨酶（SGAT）、羥甲基絲氨酸轉(zhuǎn)移酶（SHMT）、羥基丙酮酸還原酶（HPR），光合作用關(guān)鍵酶基因景天庚酮糖-1,7-二磷酸酶（SBP）、核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶（RUB），以及氮代謝相關(guān)酶基因天冬酰胺合成酶（AS）、谷氨酰胺合成酶（GS）、硝酸還原酶（NR）、丙酮酸脫氫酶（PDH）和UDP-葡萄糖焦磷酸化酶（UGP）相對表達(dá)量的變化。
　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：缺氮組中谷氨酸、甘氨酸、絲氨酸、丙氨酸、天冬

5、氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺等主要氨基酸、可溶性蛋白和藻紅蛋白等含氮有機(jī)物即氮庫組成成分的含量在缺氮培養(yǎng)4-10d顯著降低，說明長時缺氮（4-10d）會造成氮庫的降解。藻體內(nèi)源氨氮含量在缺氮培養(yǎng)第10d與對照組相比顯著增加(P<0.05)，這可能與氮庫的降解有關(guān)。缺氮組光呼吸關(guān)鍵酶基因甘氨酸脫羧酶 T亞基(GDCT)、甘氨酸脫羧酶P亞基(GDCP)和羥基丙酮酸還原酶(HPR)的表達(dá)量在缺氮培養(yǎng)0-48h與對照組相比稍有增加，說明缺氮處理會使

6、光呼吸適當(dāng)增強(qiáng)。已知光呼吸過程會產(chǎn)生大量的內(nèi)源氨氮，因此增強(qiáng)的光呼吸會產(chǎn)生更多的內(nèi)源氨氮，使得缺氮組的內(nèi)源氨氮含量高于對照組。谷氨酰胺合成酶(GS)在同化氨氮方面發(fā)揮著重要作用，本研究所檢測的GS的表達(dá)量在缺氮第10d與對照組相比顯著增加（p<0.05），與藻體內(nèi)源氨氮含量增加時間一致，因此推測GS能同化內(nèi)源氨氮。即藻體中內(nèi)源氨氮的同化途徑與外源氨氮的同化途徑相同?；謴?fù)氮源培養(yǎng)后，氮恢復(fù)組龍須菜藻體中氨基酸、可溶性蛋白和藻紅蛋白的含量逐

7、漸增，但是氮恢復(fù)組藻體內(nèi)源氨氮的含量仍保持較高水平，仍顯著高于對照組。這可能是因?yàn)榘被帷⒖扇苄缘鞍缀驮寮t蛋白的合成在消耗內(nèi)源氨氮的同時也會有內(nèi)源氨氮的產(chǎn)生。相比對照組，氮恢復(fù)組天冬酰胺合成酶(AS)和GS表達(dá)量顯著上調(diào)（p<0.05），能夠催化合成更多的天冬酰胺和谷氨酰胺，從而合成其他氨基酸與蛋白質(zhì)等物質(zhì)。光呼吸關(guān)鍵酶基因GDCT、GDCP、絲氨酸：乙醛酸轉(zhuǎn)氨酶(SGAT)和 HPR的表達(dá)量在氮恢復(fù)后都顯著高于對照組，這可能是氮恢復(fù)組

8、藻體中內(nèi)源氨氮含量仍保持較高水平的原因。缺氮后再恢復(fù)氮源，氮恢復(fù)組AS、GS和硝酸還原酶(NR)的表達(dá)量與對照組相比都顯著增加（p<0.05），進(jìn)一步提升龍須菜對氨氮和硝氮的吸收，這從基因表達(dá)層面反映了龍須菜超補(bǔ)償吸收現(xiàn)象。
　　缺氮組藻體中光合色素葉綠素a和藻紅蛋白的含量在4-10d顯著降低，光合作用的關(guān)鍵酶基因核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶(RUB)的表達(dá)量在4-10d也低于對照組，說明長時（4-10d）缺氮會使光合作用

9、變?nèi)?。與之相應(yīng)，缺氮組的光呼吸也由強(qiáng)變?nèi)?，這可能是因?yàn)楣夂粑蕾囉诠夂献饔卯a(chǎn)生的能量減少造成的。氮恢復(fù)組藻體中葉綠素a和藻紅蛋白的含量逐漸增加，但仍低于對照組，藻體中RUB和另一光合作用關(guān)鍵酶基因景天庚酮糖-1,7-二磷酸酶(SBP)的表達(dá)量都顯著高于對照組，且隨時間變化呈逐漸增加的趨勢。說明氮恢復(fù)會使光合作用顯著增強(qiáng)，但光合作用強(qiáng)度與葉綠素a和藻紅蛋白的含量之間并不呈正相關(guān)關(guān)系，這可能是因?yàn)闊o論在缺氮處理還是氮恢復(fù)處理?xiàng)l件下，龍須菜最

10、大光量子產(chǎn)量(Fv/Fm)的比值都不受影響，仍保持著最大的潛在光合轉(zhuǎn)換效率。氮恢復(fù)組中藻體光合作用增強(qiáng)的同時光呼吸也增強(qiáng)，這可能是因?yàn)楣夂献饔迷鰪?qiáng)會產(chǎn)生很多的能量，而能量過多的話會使龍須菜產(chǎn)生光抑制，因此需要增強(qiáng)光呼吸來消耗掉過多的能量。
　　缺氮處理后，龍須菜藻體中呼吸作用關(guān)鍵酶基因丙酮酸脫氫酶(PDH)的表達(dá)量與對照組相比下調(diào)，說明呼吸作用減弱，從而減少對可溶性糖的消耗。本研究結(jié)果中缺氮組藻體中可溶性糖的含量相比對照組顯著增加