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利用叶绿素荧光技术揭示人工培育的铜藻幼苗对胁迫温度、光照、和盐度的反应

张玉荣  
【摘要】: 叶绿素荧光分析技术(chlorophyll fluorescence measurements)是以光合作用理论为基础、利用叶绿素荧光作为天然探针,进行探测和研究植物光合作用生理状况以及各种外界环境因子对其细微影响的新型活体测定和诊断技术,具有快速、灵敏、对细胞无损伤的优点,是研究光合作用的良好探针。目前,国内外对植物体内叶绿素荧光动力学的研究已经成为一大热点。 2008年,以全人工条件下培育的潮下带褐藻铜藻幼苗(主茎0.3 cm)为材料,利用叶绿素荧光测定仪(Mini PAM, Walz, Germany),通过测量叶绿素荧光量子产量变化,研究了在不同温度、光照强度和盐度胁迫条件下幼苗光合作用的表现。 本文研究的主要结果如下: (1)在本实验条件下,短时间35℃的高温会明显不可逆转的破坏铜藻幼苗光合系统,铜藻幼苗生长的温度上限为28℃,最适生长温度是22~24℃。35℃胁迫1h铜藻的Fv/Fm降到对照的63%,经24h恢复仅为4.96%,个别参数甚至降到0,原本黄褐色的叶片明显萎焉苍白,个别叶片甚至脱落。十天内经28℃处理铜藻幼苗的Fv/Fm虽然下降不明显,但叶片明显萎缩,28℃处理组生长速度仅为0.83 d-1,30℃处理组生长速度呈负值(-0.88 d-1)。22、24和26℃处理10天的幼苗的鲜重增长速度为4.53,5.99和2.59% d-1,叶长长度增长的速度为2.32,2.04和0.52% d-1 (2)Fm′随光强增加而降低,最高光强320μmol photons m-2s-1,Fm′最低降到0.4左右。随着光强降低,Fm′逐渐恢复,最终可以恢复到对照水平。将铜藻幼苗暴露在室外水箱中仅1 h,Fv/Fm就降到0.36,随着光强和紫外强度的增强,Fv/Fm急剧下降,最高光合作用有效光强1490μmol photons m-2s-1和最高紫外光4720μw cm-2时降到0.11,仅为同一时间室内对照水箱的15%左右,随着光强和紫外光的降低稍有回升。经过24 h室内恢复后,处理1 h幼苗的Fv/Fm基本恢复到对照水平,超过1 h处理幼苗的Fv/Fm虽都有不同程度的恢复,但是幼苗叶片明显萎焉。 (3)渗透压的改变对铜藻的影响不大。9-60‰盐度处理6h、以及在自来水中处理1h都不会对幼苗的Fv/Fm产生明显的影响。随着盐度增加,处理时间的延长,虽然幼苗的Fv/Fm的明显降低,24 h恢复后,即使在60‰处理6 h的Fv/Fm也恢复到正常水平。随着盐度降低和处理时间的延长,幼苗的Fv/Fm均呈下降趋势。自来水处理0.5, 1, 3和6 h的Fv/Fm分别为对照组的95.77%, 78.38%, 50.00%和36.49%,经24 h恢复后藻体的Fv/Fm分别为对照组的97.18%, 76.71%, 44.44%和28.38%。 在这项研究中,铜藻幼苗最适生长温度为22~24℃,这个结果符合自然种群幼苗出现时间基本在夏季早期的观察。由于铜藻的商业化栽培或者大规模重建铜藻藻场还没有实现,相关研究基本是空白,这项研究的结果提供了有价值的信息。另外,附生杂藻的去除是海藻人工栽培过程中一大难题。附生杂藻同要培养的海藻竞争生存空间、营养和光照。在铜藻人工苗种的人工培育过程中,根据本项研究可以采用自来水短暂浸泡的方法来有效地消除一些对渗透压敏感的杂藻种类,如石莼属(Ulva spp.)、多管藻属(Polysiphonia spp.)和水云属(Ectocarpus spp.)和浒苔属(Enteromorpha spp.)中的种类。 虽然叶绿素动力学参数不能给出环境胁迫对海藻在细胞水平和分子水平的影响,但是叶绿素荧光技术可以快速、简便、灵敏、以及对受测试的藻体无损伤得探测出海藻受到各种环境胁迫后所处的生理状态。可以预测,这种技术将被广泛地使用在在海藻人工栽培的研究中。 本论文来源于中国科学院海洋研究所国家863高技术研究与开发项目(2006AA10A412, 2006AA10A416);国家自然科学基金项目(30671596, 30471327);国家科技基础条件平台工作项目-水产种质资源标准化整理、整合与共享课题(2006DKA30470-017)支持。


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