乙酸及NaCl和Na2CO3脅迫對萊茵衣藻的影響.pdf

1、目前，水體酸化已成為當今世界廣為關注的環(huán)境問題之一，除無機酸外，有機酸也是引起環(huán)境酸化的重要原因，其中乙酸是有機酸的主要成分，廣泛存在于自然界中，其含量可高達毫摩爾水平，對藻類植物的生長具有巨大的潛在威脅。除酸化外，干旱和半干旱地區(qū)的水體由于過度蒸發(fā)而存在不同程度的鹽堿化，所以藻類植物還面臨著鹽堿化的影響。因此，鑒于酸化和鹽堿化正日趨嚴重，日益影響著水域生態(tài)系統(tǒng)平衡與環(huán)境安全，本文以單細胞模式植物萊茵衣藻為實驗材料，研究了乙酸、NaCl

2、和Na2COH脅迫對其生長的影響、與光呼吸代謝的相互關系，同時對乙酸誘導萊茵衣藻發(fā)生PCD進行了深入研究，并測定了此過程中釋放的VOCs，探討了其信號作用，此外還就NaCl和Na2CO3脅迫誘導VOCs釋放以及NaCl脅迫誘導光呼吸途徑產(chǎn)生ROS進行了研究。結(jié)果如下：
　　 1.pH5.0乙酸、300mM NaCl以及25mM、50mM和150mM Na2CO3脅迫均會引起萊茵衣藻光合色素降解，并且此種降解作用與光照條件無關。除

3、葉綠素降解外，乙酸、NaCl和Na2CO3脅迫還使萊茵衣藻的光合特性發(fā)生改變，F(xiàn)v/Fm、Y(Ⅱ)和ETR均發(fā)生了不同程度的降低；低強度脅迫使qP增強，而高強度脅迫則降低了qP；在一定時間內(nèi)，所有脅迫處理均使NPQ增強。
　　 2.乙酸、NaCl和Na2CO3脅迫均能誘導萊茵衣藻迅速產(chǎn)生大量的O2-和H2O2，當乙酸脅迫10min時，兩種ROS含量均達到最大值；當NaCl和Na2CO3脅迫30min時，ROS含量達到最大值。在R

4、OS含量升高的同時，細胞內(nèi)SOD、POD和CAT活性也發(fā)生相應變化，其中低強度脅迫使這些酶的活性得到了不同程度的提高。
　　 3.萊茵衣藻在乙酸、NaCl和Na2CO3脅迫處理后，對照株系CW-Arg及SGAT敲減株系T和A的SGAT酶活性均顯著增強，Set和Gly含量升高，并且隨NaCl脅迫強度增強，酶活性進一步增強、兩種氨基酸含量進一步升高。雖然在正常以及乙酸、NaCl和Na2CO3脅迫條件下，T和A株系的生長狀況均弱于CW

5、-Arg，但是在脅迫條件下，T和A株系受到的影響明顯大于對照株系。這表明藻類植物的光呼吸途徑與其抗逆性密切相關，逆境脅迫促進藻類植物的光呼吸途徑運轉(zhuǎn)，而光呼吸途徑受阻后，藻類植物抵抗逆境脅迫的能力明顯降低。
　　 4.采用抑制劑SHAM阻斷乙醇酸-醌氧化還原酶系統(tǒng)或MOA阻斷甘氨酸脫羧酶后，萊茵衣藻細胞內(nèi)Ser含量明顯降低，Gly含量明顯升高，這表明其光呼吸途徑的正常運轉(zhuǎn)已受到明顯影響。在NaCl脅迫條件下，經(jīng)抑制劑處理的細胞所

6、產(chǎn)生的ROS均明顯少于未用抑制劑處理的細胞，其中SHAM處理后ROS含量最低，這表明SHAM阻斷的反應即乙醇酸生成乙醛酸可能為光呼吸途徑中ROS的產(chǎn)生位點。由于MOA處理阻斷了甘氨酸向絲氨酸的轉(zhuǎn)化，因此也影響了乙醇酸轉(zhuǎn)化為乙醛酸，所以其ROS產(chǎn)量低于對照，但高于SHAM處理。采用NaCl脅迫SGAT敲減效果較強的A株系，由于絲氨酸向甘氨酸的轉(zhuǎn)化被阻斷，所以其ROS產(chǎn)生量也明顯低于對照株系CW-Arg。這些結(jié)果表明，藻類植物的光呼吸途徑也

7、會導致ROS產(chǎn)生，其產(chǎn)生位點是葉綠體中乙醇酸經(jīng)乙醇酸-醌氧化還原酶系統(tǒng)催化形成乙醛酸的反應。
　　 5.萊茵衣藻不能直接吸收利用外源L-Ser和L-Lys，而是通過胞外脫氨氧化的方式進行利用，并且此種脫氨過程依賴于氮饑餓，同時乙酸能促進此過程的進行。萊茵衣藻可利用L-Cys作為唯一氮源，其吸收量隨胞外濃度增加或飼喂時間延長而增加，并且其被動擴散吸收過程不影響細胞對L-Leu的被動擴散吸收。
　　 6.pH5.0乙酸脅迫萊

8、茵衣藻30min后，其DNA開始降解，在脅迫6h時DNA降解為150-350bp的片段。ZnSO4處理對此降解過程具有明顯的抑制作用，并且1mM ZnSO4的抑制作用明顯強于0.5mM。在pH5.0乙酸脅迫1h和2h時，分別有10％和95％的萊茵衣藻細胞內(nèi)出現(xiàn)呈TUNEL陽性染色的細胞核，在脅迫4h時所有的細胞內(nèi)均出現(xiàn)此細胞核，這表明pH5.0乙酸可誘導萊茵衣藻細胞發(fā)生PCD。
　　 7.乙酸(34.3mM)在pH5.0時可誘導

9、萊茵衣藻細胞發(fā)生PCD，而H2SO4、HCl、H3PO4、磷酸緩沖液和乳酸在pH3.0時才能誘導細胞死亡，這表明溶液酸度不是誘導PCD的主要原因，而與乙酸自身的性質(zhì)有關。當溶液中含有50mM乙酸，pH為6.0時，細胞死亡；然而當乙酸濃度增加至150mM，pH為7.0時，細胞則不死亡，在此情況下，溶液中的乙酸主要以乙酸根離子形式存在，因此，細胞死亡與溶液中的乙酸根離子濃度無關，而與溶液的pH值和乙酸分子濃度同時相關。
　　 8.在

10、pH5.0乙酸誘導萊茵衣藻發(fā)生PCD的過程中，VOCs大量釋放，其中在2h時釋放量最大，并且成分最多，主要包括有烷烴類、烯烴類、醛類、醇類、酮類、酯類和萜烯類等34種化合物。此外，300mM NaCl和150mM Na2CO3脅迫萊茵衣藻2h也可誘導其釋放大量的VOCs。乙酸和NaCl脅迫均可誘導己醛(GLVs)釋放，其峰面積分別為23.49×107和3.14×107；而Na2CO3脅迫則不能誘導己醛釋放，其誘導的特異性成分是3，4-二

11、甲基-己烷和5-甲基-2-庚烯。長葉烯是此三種脅迫誘導釋放的主要萜烯類化合物，其峰面積分別為5.82×107(乙酸)、3.11×107(NaCl)和4.00×107(Na2CO3)。
　　 9.將乙酸、NaCl和Na2CO3脅迫誘導的萊茵衣藻VOCs通入正常生長的萊茵衣藻溶液中，其細胞生長受到明顯抑制，而其葉綠素含量、Fv/Fm、H2O2含量和抗氧化酶活性均不同程度增加，這表明非生物脅迫誘導的VOCs可能具有在藻類植物間進行信息