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北极微藻在不同UV-B辐射强度下的生物学效应变化研究

彭小伟  
【摘要】: 北极微藻是北极水生生态系统中初级生产力的重要承担者之一,在北极水生生态系统中具有重要的生态地位。本研究以2006年夏季从北极黄河站采集的微藻(小球藻和脆杆藻)株材料,通过研究其对UV-B响应,探讨UV-B辐射强度对北极微藻的影响机制以及北极微藻对UV-B辐射的适应机制,以期为北极微藻的深入研究和开发应用提供科学依据。主要研究结果如下: 1.研究设计了UV-B辐射强度为22μw/cm~2、45μw/cm~2、70μw/cm~2 3个处理,以不含UV-B光谱的白炽灯(0)为对照,比较分析了不同UV-B辐射强度对小球藻(淡水藻)生长的影响。比生长速率测定显示,各处理组比生长速率分别由紫外培养初的0.24 d~(-1)降低到12h后的0.17 d~(-1)、0.11 d~(-1)、0.08 d~(-1),表明实验涉及的3个UV-B辐射强度对小球藻的生长均有明显抑制,且随着紫外线辐射强度增强生长抑制也越严重。 2.小球藻的形态和超微结构研究。透射电子显微镜观察结果显示,高强度(95μw/cm~2)的紫外线辐射对小球藻叶绿体、高尔基体、线粒体等破环严重,说明UV-B会对细胞器膜结构造成严重伤害。 3.设计了UV-B辐射强度为22μw/cm~2、45μw/cm~2、70μw/cm~2 3个处理,以不含UV-B光谱的白炽灯(0)为对照,比较分析了不同UV-B辐射强度对小球藻叶绿素α、类胡萝卜素和丙二醛等含量及超氧化物歧化酶活性的影响。结果显示:与对照组相比,UV-B处理以后,小球藻叶绿素α和类胡萝卜素含量分别下降了12%,22%,31%和8.67%,44.67%,71.67%;丙二醛含量分别增加了4.10、9.93、29.43nmol/g(FW)。而超氧化物歧化酶活性除了22μw/cm~2处理组与对照基本一致外,45μw/cm~2和70μw/cm~2处理组比对照的超氧化物歧化酶活性分别提高了21.3%和74.6%。 4.探讨了UV-B照射对微藻的生物学效应。76μw/cm~2的UV-B对小球藻细胞12d持续辐射结果显示,小球藻超氧化物歧化酶和过氧化氢酶活性及活性氧成分、丙二醛含量均在培养的4d达到最大,而对照组指标则基本不变或变化不大;小球藻脂肪酸含量上升,为对照的124%;小球藻细胞内的可溶性蛋白含量有所下降,只相当于对照的80%。45μw/cm~2和76μw/cm~2的UV-B辐射强度12h处理小球藻结果显示:45μw/cm~2 UV-B处理小球藻,其叶绿素α和类胡萝卜素含量在4小时后达最高值,分别为12.8×10~(-12) mg/cell和4.5×10~(-12)mg/cell,此后其含量下降。76μw/cm~2的UV-B处理,其色素含量呈显著下降趋势。小球藻的丙二醛含量和超氧阴离子自由基含量在两个UV-B强度处理下显著升高,且辐射强度越强,含量升高越显著。两UV-B强度处理下,辐射组H_2O_2含量呈显著升高,8-12小时之间的过氧化氢(H_2O_2)含量升幅异常显著,其检测值在12小时达最高点,对照组则变化不大。45μw/cm~2和76μw/cm~2的UV-B辐射对脆杆藻的短期生长亦具显著影响。脆杆藻表现了与小球藻类似的生理生化反应。辐射12h后,小球藻脂肪酸组成发生了显著的改变,小球藻总多不饱和脂肪酸含量降低,总饱和脂肪酸含量增加。在辐射后,小球藻增加了C16:0和C18:3两种脂肪酸。 综上所述,施加一定辐射强度的UV-B后,北极微藻在形态结构、生化组成及生长特征上发生了变化,这也在某种程度上反映了其对北极UV-B强辐射极端环境的适应性。


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