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强光胁迫下雨生红球藻积累次生类胡萝卜素过程中的光合作用变化和光保护机制

李莹  
【摘要】:雨生红球藻是一种单细胞绿藻,能产生大量的次生类胡萝卜素,主要是虾青素类脂。虾青素作为一种具有经济价值的色素原料,运用于鱼类生产和家禽养殖。同时由于它的抗氧化性高于β-胡萝卜素,维生素E,因此也被认为具有潜在的临床运用价值。不同的环境胁迫下,例如强光、氮、磷缺乏、盐胁迫、高温和活性氧都造成雨生红球藻体内虾青素的积累。目前有关红球藻的工作主要集中在藻的生长和胡萝卜素的合成,但是有关雨生红球藻在积累次生类胡萝卜素过程中的生理变化和关雨生红球藻的光保护机制研究却相对较少。尽管人们提出了许多的光保护机制,但是在雨生红球藻红色细胞中虾青素的功能仍存在疑问。雨生红球藻在强光不利影响时,涉及虾青素的光保护作用与此相关的非光化学淬灭机制的报道很少。本文旨在探讨强光胁迫下,雨生红球藻积累次生类胡萝卜素过程中的生理变化和光保护机制。 关于雨生红球藻在强光下的光适应和光保护机制的研究中,强光导致了单个细胞中类胡萝卜素的含量显著增加。强光处理四天后,单个细胞和单位体积的叶绿素含量也明显上升。强光下处理的细胞净光合速率下降,伴随次生类胡萝卜素的积累,暗呼吸速率增加。高光处理的细胞反应中心失活,D1蛋白周转次数都比正常光强下的细胞高的多。与绿色细胞相比,红色细胞的PSII活性下降17%,但是PSI的活性明显增加。红色细胞中没有观察到瞬时荧光的K-step,表明次生类胡萝卜素积累过程中放氧复合体没有受到影响。雨生红球藻通过D1蛋白周转和叶黄素循环保护自身免受强光伤害。在雨生红球藻中,D1蛋白周转是最主要的光保护机制,在绿色细胞中它的运转能减轻光抑制程度达49%,在红色细胞中为53~55%。叶黄素循环在绿色细胞中可保护其免受强光伤害,在红色细胞中作用不明显。光抑制处理2.5小时后,绿色细胞的F_v/F_0水平下降45%,红色细胞下降32~34%,然而这并不能说明红色细胞中积累的次生类胡萝卜素可起到光保护作用。


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