海洋浮游藻类无机碳利用机理的研究

为了认识海洋浮游藻类在碳充足和碳受限条件下对水体中溶解无机碳(DIC)的利用方式与可能机理,对13种海洋浮游藻类在不同pH和CO2浓度及不同DIC条件下细胞外碳酸酐酶(CA)的活性进行了分析测定.结果显示:13种藻中,只有Amphidinium carterae和Prorocentrum minimum在碳充足条件下具细胞外CA活性.Melosira sp.、Phaeodactylum tricornutum、Skeletonema costatum、Thalassiosira rotula、Emiliania huxleyi和Pleurochrysis carterae则在碳受限条件下才具细胞外CA活性.Chaetoceros compressus、Glenodinium foliaceum、Coccolithus pelagicus、 Gephrocapsa oceanica和Heterosigma akashiwo即使在碳受限条件下也未检测到细胞外CA活性.应用封闭系统中pH漂移技术和阴离子交换抑制剂4′4′-diisothiocyanatostilbene-2,2-disulfonic acid (DIDS)等的研究表明,Coc. pelagicus和G. oceanica可通过阴离子交换机制进行HCO-3的直接利用.H. akashiwo没有潜在的HCO-3直接利用或细胞外CA催化的HCO-3利用.     

海洋浮游藻类细胞质膜氧化还原活性与细胞外CA活性的关系

海洋浮游藻类除通过吸收和释放分子与离子来改变其环境的化学成分外,还可通过细胞外表面一些酶的作用引起质膜外化学物质变化。在这方面,海洋浮游藻类一个主要的细胞外表面酶-碳酸酐酶(CA),在经胰蛋白酶处理从细胞质膜上释放出来后,仍保留其催化活性。当细胞外表面CA(简称细胞外CA)具活性时,可催化质膜外HCO_3~-与CO_2的相互转化,为Rubisco(磷酸核酮糖羧化酶)提供一稳定的CO_2流量环境,以维持正常的光合作用。     

碳酸酐酶在中肋骨条藻光合作用中的作用

探讨了在正常空气条件下生长的中肋骨条藻(Skeletonema costatum)的碳酸酐酶(CA)在其光合固碳中的作用.在中肋骨条藻的胞内和胞外均有CA活性,但胞外CA活性很低.CA抑制剂AZ(乙酰唑磺胺)对中肋骨条藻的光合放氧速率没有明显影响,而CA抑制剂EZ(乙氧苯唑胺)对其光合放氧速率有强烈的抑制作用.EZ的抑制作用使细胞最大光合速率、饱和光强和无机碳亲和力下降,无机碳的补偿点和光呼吸提高,使强光下光抑制作用增强.这些结果表明:中肋骨条藻的胞外CA在其光合作用中所起的作用较小,而其胞内CA通过催化胞内碳库中的HCO-3快速转化成CO2,提高胞内CO2的有效供给,从而提高细胞光合固碳能力和对逆境(高O2、强光和低CO2)的适应能力.     

两株绿藻响应CO2浓度变化的生长和生理特性的研究

以小球藻FACHB-1580和栅藻FACHB-1618为研究对象,比较了两株绿藻在0.04%CO_2、5%CO_2和20%CO_2(v/v)三种通气培养条件下的生长和生理特性的响应,试图阐述与无机碳利用相关生理参数和微藻利用CO_2能力的关系。结果表明,两株绿藻均能高效利用CO_2,在5%(v/v)条件下均表现出最大生物量积累、最大比生长速率和最大二氧化碳固定速率。小球藻FACHB-1580和栅藻FACHB-1618最大生物量分别为3.5和5.4g/L,分别是0.04%CO_2(v/v)条件的1.41和1.46倍。在高达20%CO_2(v/v)条件下,两株绿藻的生物量均显著高于空气组(P0.05)。随着CO_2浓度的增加,两株绿藻的无机碳亲和力、胞内和胞外CA活性、初始Rubisco活性,及Rubisco活化度均有下降趋势,总的Rubisco活性变化不明显。另外,小球藻FACHB-1580存在较高的胞外和胞内CA活性;而栅藻FACHB-1618胞外CA活性几乎为零,胞内CA活性显著低于小球藻FACHB-1580。由此推测,小球藻FACHB-1580能同时吸收介质中的HCO_3~-和CO_2,其胞内CA催化胞内HCO?3快速转化为CO_2,从而为Rubisco提供充足的CO_2来源;而栅藻FACHB-1618主要吸收介质中的CO_2,其胞内CA活性较低,推测其通过提高胞内CA含量,或增强Rubisco对CO_2的亲和力等促进光合固碳作用。     

赤潮藻中肋骨条藻的光合作用对海水pH和N变化的响应

为探讨赤潮发生时中肋骨条藻 (Skeletonemacoatatum)的光合作用生理变化 ,研究了不同无机氮 (N)水平上 ,海水pH值升高对其胞外碳酸酐酶 (CA)和光合生理特性的影响。海水pH从 8.2升至 8.7时 ,中肋骨条藻胞外CA被诱导 ,细胞对无机碳的亲和力 (1/Km)提高 ;在pH8 7时 ,高N条件下的胞外CA活性是低N条件下的 3倍 ,1/Km 值也提高了 80 %。单位叶绿素a的最大净光合能力 (Pam)在不同pH和N水平上没有显著差异 ;但单位细胞的最大净光合能力 (Pcm)提高了 10 0 %。这些结果表明 ,赤潮发生时 ,中肋骨条藻通过启动无机碳浓缩机制 (CCM) ,提高细胞对无机碳利用效率 ,使其在低CO2 (高pH)环境下维持光合机构正常运行 ;充足的N源有利于提高CCM的效率 ,从而提高CO2 环境下的光合固碳能力。     

围隔藻类水华演替过程中二甲基硫化物的含量动态

于2005年6月至7月,研究了海洋围隔不同藻类水华演替过程中二甲基硫化物的含量动态,并考察了相关环境参数对二甲基硫化物含量的影响。2个围隔实验组均出现未知藻水华-硅藻水华-甲藻水华的演替过程,这3次不同藻类水华分别对应了二甲基硫化物含量的3次高峰,表明藻类水华对二甲基硫化物含量有重要贡献。不同藻类水华的贡献有较大差异,甲藻水华的贡献最大,硅藻次之,未知藻类水华的贡献最小。实验结果还表明PO4^3-、NO2^-和NH4^＋主要通过影响藻类生长状态,进而影响DMSP和DMSO的含量;NO2^-和NH4^＋亦可能通过调节DMSP和DMSO在藻细胞内的生理功能,影响DMSP和DMSO的含量;PO4^3-、NO2^-和NH4^＋与DMS含量无显著相关。     

水华鱼腥藻生长与光合作用对大气CO2浓度升高的响应

 为了探讨大气CO2浓度升高对水华藻类的影响,利用水华鱼腥藻(Anabena flos_aquae)作为实验材料,研究了大气CO2浓度加倍对其生长和光合作用的影响,结果显示大气CO2浓度升高导致水华鱼腥藻的生物量、光饱和光合速率、光合效率和光系统II的光化学效率（Fv/Fm）明显提高,但对暗呼吸速率和光饱和点没有明显影响。CO2加倍条件下藻细胞光合作用对无机碳的亲和力降低,表明其利用HCO-3的能力受到抑制。     

毕赤酵母GS115表达HSA-GCSFm的诱导工艺研究

本文探讨了甲醇流加控制、添加胰蛋白胨和甲醇/山梨醇共混诱导对重组毕赤酵母GS115/pPIC9K-HSA-GCSFm表达HSA-GCSFm的影响.结果显示:甲醇供应充足条件下HSA-GCSFm表达水平仅为37 mg·L-1,而甲醇添加受限条件下HSA-GCSFm表达水平可达到239mg·L-1;甲醇添加受限并添加胰蛋白胨条件下,HSA-GCSFm表达水平可以提高到266 mg·L-1;在此基础上,流加山梨醇作为辅助碳源,表达水平可大幅提高至424 mg·L-1.通过对各诱导条件下OUR、胞外蛋白酶及碳流分配进行分析后发现,将甲醇限制在低浓度同时添加胰蛋白胨与山梨醇,可以改善细胞代谢活性,增加细胞用于HSA-GCSFm合成的碳流分配量,降低胞外蛋白酶活性,从而提高了HSA-GCSFm的表达水平并缓解了HSA-GCSFm的降解.因此,该诱导工艺适于毕赤酵母高效表达HSA-GCSFm.     

皖南震旦系蓝田组沉积岩有机碳同位素记录

皖南地区震旦系蓝田组是新元古代冰期后形成的岩石地层,它的中下段以黑色页岩沉积为主,上段为白云质灰岩。黑色页岩段的分析结果表明：底部有机碳同位素数值较低(8^13Corg平均值为-31．9‰),总有机碳(TOC)和总有机氮(TON)含量处于较低值;在底部之上,有机碳同位素数值缓慢升高(从靠近底部的-32．6‰升至顶部的-28．3‰),而TOC和TON含量分别可达17．7％和2．7‰。这一分析结果应归于冰后期在缺氧条件下大量有机质埋藏所致。可以推测,这种变化从一个侧面反映了新元古代全球性大冰期结束后气候变化和生物演化规律：冰期结束之后,海洋中的低等浮游藻类的底栖藻类在温暖气候条件下得以繁盛,伴随着这些还原性有机碳的沉积并大量进入岩石圈中,藻类光合作用产生的氧气进入大气圈,可能正是由于有机碳的沉积导致的氧气含量升高促使了真核多细胞生物在此之后得到了大发展。蓝田组上段白云质灰岩分析结果表明：有机碳同位素和无机碳同位素分别呈现出较强的负漂移(8^13Corg：-26．8‰— -35．3‰;8^13Ccarb：-8．5‰— -10．2‰),而总有机碳(TOC)含量呈现明显降低趋势。这一变化趋势可能主要归之于沉积有机质的氧化作用。可以推测,随着新元古代全球性大冰期结束后气候变暖,海洋藻类大量繁殖,藻类的光合作用产生大量的O2,海水中O2／CO2比值上升,海洋沉积环境由缺氧逐渐向富氧条件转化。     

温度和无机碳浓度对龙须眼子菜（Potamogeton pectinatus）碳同位素分馏的影响

温度和无机碳浓度是沉水植物碳同位素分馏的重要影响因素.通过在16、19、22、25、28、31℃ 6个温度条件和溶解无机碳浓度(DIC)为0.0001mol·L-1和0.0001mol·L-1两种条件下培养沉水植物--龙须眼子菜(Potamogeton pectinatus),获得了不同条件下生长的龙须眼子菜植物样品,随后进行了定量和碳同位素组成(δ13CP)分析.分析结果表明,随生长温度的升高,龙须眼子菜碳δ13CP均升高,具有明显的温度相关性(R2＞0.90).在DIC浓度为0.0001mol·L-1时,随着生长温度的升高, δ13CP从-14.83‰增加至-13.47‰;而在DIC浓度为0.001mol·L-1时, δ13CP从-18.56‰增加至-15.15‰.同一生长温度条件下, DIC浓度对δ13CP也有明显影响, δ13CP随DIC浓度增高而降低.在不同生长温度条件下, DIC浓度对δ13CP的影响大小随生长温度的增高而降低,在温度为16℃时,两个DIC浓度下的δ13CP相差3.73‰;而在温度为31℃时,这一差值减少为1.68‰.同时,通过建模进行计算,获得了不同温度下龙须眼子菜(P. pectinatus)碳同位素分馏与初始DIC浓度的关系,并对有关的参数的意义进行了探讨.