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海洋微藻对UV-B辐射增强与CO_2加富共同作用的复合响应

于娟  
【摘要】:大气CO_2水平在21世纪将倍增。随着工业化的发展,除了CO_2,氯氟代烃(CFCs),CH_4和N_2O也将增多,这些气体的增多将使臭氧层减薄,使到达地球表面的UV-B辐射呈增强趋势,CO_2和UV-B将随着未来全球气候的变化而同时增加。UV-B辐射对藻类有明显的伤害作用,其损伤的主要目标是蛋白质、DNA和光合色素等,CO_2浓度升高对海洋微藻的生物量、光合作用有促进作用,而UV-B辐射与CO_2加富共同作用对海洋微藻的研究还未见报道。本文以几种海洋微藻为实验对象,通过研究其对UV-B辐射增强与CO_2加富单独以及复合响应,探讨UV-B辐射增强与CO_2加富对海洋微藻的生理生态学、细胞学的影响机制,以期为全球气候变化对水生生态系统的影响提供科学依据。通过实验,我们得到以下结果: 1.UV-B辐射对海洋微藻的生长具有抑制作用,并且随着辐射剂量的不断增大而抑制作用增强。在单养的情况下,短期内(48h)8种藻对UV-B的敏感性顺序为骨条藻<塔胞藻<盐藻<小球藻<角毛藻<亚心形扁藻<小新月菱形藻<金藻8701。 高浓度CO_2(5000μl/L)能够促进海洋微藻的生长,且随时间的延长,增长幅度越大。高浓度CO_2(5000μl/L)对6种藻生长影响的敏感性依次为:小球藻<盐藻<金藻8701<小新月菱形藻<亚心形扁藻<塔胞藻。 2.研究了在三种UV-B辐射剂量(0,2.88 J/m~2和5.76 J/m~2)对三种藻混养的竞争性平衡的影响。本实验的两个UV-B辐射剂量(2.88 J/m~2和5.76 J/m~2)使三种藻的总生物量都大幅降低,竞争平衡也发生了变化。实验表明,UV-B对三种藻的敏感性顺序为金藻>小新月菱形藻>亚心形扁藻;增强的UV-B使对UV-B具有高耐受力的亚心形扁藻提供了竞争优势,使种间竞争平衡向着有利于亚心形扁藻的方向发展。 海洋微藻对Uv-B辐射增强与CO:加富共同作用的复合响应 与低浓度COZ相比,高浓度COZ促进三种藻的生长,并且混养与单 养相比较,高浓度CO:对三种藻的敏感性发生了变化,通气培养到第21 天时,高浓度CO:的优势种、亚优势种、劣势种并未发生变化。 增强UV一B+高COZ与对照(空气)相比,三种藻的细胞密度显著降 低。所以,尽管COZ浓度升高能够促进藻的生长,但并不能抵消UV一B 辐射对海洋微藻生物量的影响,而且增强UV一B十高CO:与对照(空气) 相比,种间竞争和优势种发生了很大变化。 3.采用透射电镜对微藻的超微结构进行研究 射增强(未通气)使盐藻叶绿体结构受到破坏 。研究发现,UV一B辐 线粒体内晴局部溶解, 穿入到蛋白核内的类囊体发生缺失或断裂,累积许多小的淀粉粒和脂肪 小球,液泡异常增大,数量增加,内含物减少,高尔基体则变为排列松 弛的储泡,醋泡的外围顶端并没有特别膨大,表明Uv一B辐射增强对盐藻 细胞结构的变化是盐藻适应外界环境UV一B辐射的一种反应。 UV一B辐射增强(通空气)使盐藻细胞的线粒体数目增多,但个别线 粒体的内靖溶解,类囊体溶解,叶绿体被膜部分皱缩,高尔基体有一个 排列松弛的滞泡,储泡的外围顶端并没有特别膨大,核膜部分溶解。 经uv一B辐射剂量为8.8)/mZ处理后的小球藻(未通气),类囊体片 层缺失、溶解,类囊体中的含有光合色素的小体被漂白;线粒体内蜡部 分溶解;有的小球藻开始出现轻微的质壁分离现象;经UV一B辐射剂量为 13.SJ/mZ处理后的小球藻(未通气),类囊体排列错乱、崩解,出现质壁 分离的现象,有的细胞壁开始脱落,线粒体严重变形,内峭大部分溶解; 细胞内基质电子密度比较高;细胞内出现大量空白区,叶绿体中的含有 光合色素的小体被漂白且可见几个含有光合色素的小体的空壁。由此可 见,随着UV一B辐射剂量的增大,小球藻的细胞结构被破坏的程度越大。 盐藻细胞在低浓度C02(360 p l/L)培养下细胞内有一个发育良好的、 由淀粉盘包围的蛋白核,而在高浓度CO:(5000 p I/L)培养的细胞内没 有发现蛋白核或蛋白核不明显,高尔基体排列紧密,类囊体排列整齐, 片层清晰,线粒体内晴清晰。 增强UV一B+高CO:处理的细胞内形成许多小块的淀粉粒,有的细胞 海洋微藻对UV-B辐射增强与CO:加富共同作用的复合响应 核膜已经溶解,类囊体部分溶解;在质膜和叶绿体膜之间有许多线粒体, 但线粒体的内峭己经溶解。蛋白核外围的淀粉鞘断裂成几个不连续的大 小不一的淀粉粒。高尔基体排列松弛。结果表明,CO:加富并不能完全 抵消UV一B辐射对盐藻细胞结构的破坏。 4.UV一B辐射对两种海洋微藻的生理生化的研究表明:(1) UV一B辐 射能抑制微藻的生长并且抑制微藻光合作用;相对较低剂量的UV一B辐射 刺激小球藻的光合色素(叶绿素a(Chl一a)和类胡萝卜素(Car)),较高 的Uv一B辐射剂量抑制chl一a和Ca:含量;(2)非变性聚丙烯酞胺凝胶电 泳方法对蛋白质组成分析的结果表明,较低剂量的UV一B辐射处理可以升 高可溶性蛋白质的含量,随着UV一B辐射剂量的加大,蛋白质含量明显降 低;(3)UV一B辐射使活性氧(过氧化氢(HZOZ)和超氧阴离子自由基(02’一)) 含量升高,且UV一B辐射时间延长,升高幅度增大;另外,小球藻和亚心 形扁藻之间存在差异,且随着UV一B辐射时间延长,藻种间的差异更趋明 显:(4)随着Uv一B辐射时间


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