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

1、臭氧層變薄導(dǎo)致更多的UV-B輻射到達(dá)地面,從而給海洋生態(tài)系統(tǒng)帶來顯著的生態(tài)學(xué)和生物學(xué)效應(yīng)。微藻是較為古老的物種,在整個進(jìn)化過程中,其周圍環(huán)境中的UV-B輻射不斷增強(qiáng);作為初級生產(chǎn)者和食物鏈的基礎(chǔ),海洋微藻是海洋生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分,逐漸增強(qiáng)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(diào)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(qiáng)的響應(yīng)變化對揭示海洋微藻進(jìn)化

2、的本質(zhì)、規(guī)律及其適應(yīng)機(jī)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(qiáng)為脅迫因子,從最基礎(chǔ)的生長、細(xì)胞結(jié)構(gòu)、生理、生化等層面闡明杜氏鹽藻對短期UV-B輻射增強(qiáng)的響應(yīng)特征,并基于活性氧信號通路和鈣離子信號通路探討響應(yīng)機(jī)制和機(jī)理;同時基于Fluctuation analysis進(jìn)化模型,從進(jìn)化和遺傳角度探討微藻對長期UV-B輻射增強(qiáng)的適應(yīng)性。研究結(jié)果將進(jìn)一步

3、完善UV-B輻射對水生浮游微藻的影響及機(jī)理研究,為評估生物在UV-B輻射不斷增強(qiáng)環(huán)境中的生存提供有關(guān)適應(yīng)機(jī)制和保護(hù)進(jìn)化的理論依據(jù)。結(jié)果如下:
　　1.杜氏鹽藻對短期、適量的UV-B輻射增強(qiáng)的響應(yīng)
　　(1)UV-B輻射增強(qiáng)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(dǎo)細(xì)胞干重和細(xì)胞內(nèi)可溶性蛋白含量的上升,并具有顯著的劑量-效應(yīng)關(guān)系;

4、
　　(2)利用倒置顯微鏡和透射電子顯微鏡技術(shù)發(fā)現(xiàn),在 UV-B輻射增強(qiáng)條件下,杜氏鹽藻細(xì)胞體積增大,細(xì)胞形狀由橢圓形變?yōu)閳A形;細(xì)胞核周圍的空泡逐漸增多,原生質(zhì)膜發(fā)生裂解,細(xì)胞核結(jié)構(gòu)遭到破壞,淀粉鞘松散,葉綠體片層結(jié)構(gòu)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(xì)胞核等結(jié)構(gòu)是主要的靶位點;
　　(3)通過光合色素測定、葉綠素?zé)晒饧夹g(shù)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(qiáng)的影響

5、:UV-B輻射增強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)其在強(qiáng)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(guān)的酶活,誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)甘油含量的升高,從而干擾滲透壓平衡。研究結(jié)果表明,UV-B輻射影響了杜氏鹽藻的生長、細(xì)胞結(jié)構(gòu)、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(qiáng)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(yīng)機(jī)制
　　(1)UV-B輻射可以誘導(dǎo)杜氏鹽藻發(fā)生膜脂過氧化反應(yīng),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(yīng)過程中發(fā)揮了一定的作用。
　　(2)UV-

7、B輻射可以誘導(dǎo)杜氏鹽藻質(zhì)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(yīng)過程中,外加鈣離子效應(yīng)劑CaCl2和LaCl3對抗氧化酶活性無影響;加入胞內(nèi)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(yīng)激反應(yīng),且游離鈣離子

8、并非通過質(zhì)膜鈣離子通道進(jìn)入細(xì)胞,而是來源于胞內(nèi)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(guān)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(yīng)
　　(1)基于進(jìn)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(yīng)發(fā)現(xiàn),微藻種群內(nèi)由于敏感細(xì)胞的存在而發(fā)生大規(guī)模細(xì)胞死亡的現(xiàn)象,后因抗UV-B輻