钝顶节旋藻品系ZJU0137不同螺旋手性藻丝的构建与纯培养及形貌与生理生化特性比较研究

【摘要】：一、钝顶节旋藻品系ZJU0137不同螺旋手性藻丝的构建与纯培养 通过对左手螺旋钝顶节旋藻品系ZJU0137与本实验室中的左手螺旋品系进行16S rRNA聚类分析,发现其分子遗传具有一定的特殊性,进而尝试以其为构建不同螺旋手性藻丝的材料。主要结果如下：(1)ZJU0137藻丝的本征手性为左手螺旋,通过改变培养液、温度、和光照等因子,首次构建了其右手螺旋藻丝和手中性藻丝,并获得了3种螺旋手性藻丝在相同培养条件下的纯培养。(2)在理化因子等影响下,左手螺旋手性藻丝的取向较稳定,而右手性螺旋藻丝的手性取向较易发生逆变,提示ZJU0137的螺旋手性具有内在偏向性,即其本征手性取向为左手；ZJU0137手中性藻丝也有较高的稳定性。(3)在3种螺旋手性藻丝构建及其纯培养获得过程中,手中性藻丝分离后可稳定培养且未发生回变；在一个分离培养周期中,右手藻丝在前期不定时地发生回变及反复回变的概率较大,然而,随着时间的推移,其回变的概率就明显变小,螺旋手性渐趋稳定。这表明,节旋藻品系ZJU0137螺旋手性的缺失与转变具有不对称性,且回变的时间具有不确定性,回变概率随时间推移变小并渐趋稳定。 二、ZJU0137不同螺旋手性藻丝的表面形貌及生理生化特性比较 在获得钝顶节旋藻品系ZJU0137三种螺旋手性藻丝纯培养的基础上,利用AFM和PAM等技术对其表面形貌特征、光合特性、光合色素和氨基酸含量,以及辐射抗性作了比较研究。主要结果如下：(1)3种螺旋手性藻丝的表面形貌特征在纳米尺度下有显著差异,表面粗糙度呈现左手性手中性右手性。(2)3种螺旋手性藻丝PSII的最大光能转化效率(Fv/Fm)、光合作用效率(α)、最大电子传递速率(ETRmax)、叶绿素a和类胡萝卜素含量都呈左手性手中性右手性,这与生长曲线测定结果相对应。饱和光强(Ik)呈相反的趋势,推测为3种手性藻丝的螺旋形态、藻丝分散性以及手性本征性等影响其对光照的利用而导致。(3)3种螺旋手性藻丝的氨基酸含量及比例存在差异：氨基酸总含量为左手性右手性手中性；除胱氨酸外,手中性藻丝单个氨基酸含量均低于螺旋手性藻丝的,左手性藻丝中有70%氨基酸的含量高于右手性藻丝的；而从氨基酸比例和AAS评价结果显示,三种手性藻丝的营养价值为螺旋手性优于手中性,右手性优于左手性。该研究结果从营养学角度验证了藻丝变直意味“藻种退化”的观点。(4)抗辐射研究显示三种螺旋手性藻丝的辐射抗性依次为左手性手中性右手性,半致死量依次为：2.3、2.2、2.1 kGy,左手性和手中性在不同剂量的射线处理下均能保持稳定手性形态,而右手性随着辐照剂量增大,右手性转变为左手性比例呈规律的上升,进一步表明节旋藻形态的改变很可能是一种适应逆境的自我保护机制。 三、ZJU0137三种螺旋手性藻丝蛋白差异比较研究 本章我们利用2-DE和MOLDI-TOF MS等技术对3种螺旋手性藻丝的蛋白差异进行了研究,主要结果如下：(1)用SDS-PAGE初步分析了不同螺旋手性藻丝的水溶性蛋白,结果发现不同螺旋手性藻丝的蛋白表达确实存在明显的差异,在分子量约88、62、40、32、30、29、23和14.4 kDa的蛋白条带处,三种螺旋手性在表达量上存在差异,分子量约40 kDa的蛋白条带,三种螺旋手性藻丝蛋白的表达量呈现右手性手中性左手性,与三种螺旋手性藻丝的表面粗糙度、生长、光合特性和辐射抗性呈规律对应,推测这些蛋白的表达很可能与节旋藻藻丝手性建成、生长及抗辐射相关。(2)SDS-PAGE的基础上,借助双向电泳技术分离差异表达蛋白,获得27个明显差异点,并利用MOLDI-TOF MS对这些蛋白分析鉴定,其中26个蛋白点得到成功鉴定。(3)通过生物信息学分析：差异表达蛋白中,9个涉及光合作用,2个有关翻译转录调控,2个涉及糖代谢,2个涉及细胞和细胞膜的生物合成、8个涉及其他代谢和3个假想蛋白,首次表明4种蛋白可能参与节旋藻手性建成和维持。