三角褐指藻和小角毛藻对UV-B辐射增强的生理生化响应

通过实验生态学和生物化学的方法,研究了UV-B辐射对三角褐指藻和小角毛藻的生长、叶绿素a、类胡萝卜素、丙二醛、可溶性蛋白含量和抗氧化物酶活性的影响。结果表明:(1) UV-B辐射增强抑制了2种微藻的生长,低剂量(0.75J/m²)UV-B辐射对三角褐指藻的生长具有一定刺激作用。(2) 三角褐指藻的叶绿素a含量随辐射剂量的增加先上升后下降,小角毛藻chl-a含量缓慢下降。2种微藻MDA含量随UV-B辐射剂量的增加而升高。(3) 随着辐射剂量的增加,三角褐指藻可溶性蛋白含量先稍有升高后较快下降。小角毛藻可溶性蛋白含量始终呈下降趋势。(4) UV-B辐射增强使2种微藻的SOD 、POD和CAT活性先升高后下降,小角毛藻的酶活性变化相对稳定。     

对硫磷对三角褐指藻核酸和蛋白质合成动态的影响

应用同位素标记法研究了对磷磷对三角褐指灌核酸和蛋白质合成动态的影响。结果表明,低浓度的对硫酸（≤１．５ｍｇ／Ｌ）对三角褐指的生长有刺激作用,而高浓度的对硫磷（≥２．０ｍｇ／Ｌ）却严重抑制三角褐指藻的生长,低浓度划硫磷在促进生长的过程中,藻细胞中蛋白质、ＤＮＡ、ＲＮＡ３种大分子物质的合成活跃,其合成速度升高,而在高浓度对硫磷的胁迫下,蛋白质,ＤＮＡ,ＲＮＡ的合成明显地受到了抑制,合成速度降低。     

三角褐指藻对黑暗胁迫的生理响应

为了研究黑暗条件对三角褐指藻生长及生化组成的影响,并探讨三角褐指藻对黑暗环境的生长适应能力,我们对该藻进行12 d的黑暗处理,着重测定了藻细胞密度、生物量、叶绿素a、可溶性糖和蛋白含量等指标。结果表明,三角褐指藻对黑暗环境表现出一定的适应性忍耐能力,在12 d的长期黑暗胁迫条件下依然可以存活,而藻细胞生化组成对黑暗的响应程度很可能是该藻得以维持细胞低水平生长的主要原因。随着黑暗处理时间的延长,三角褐指藻生长状况受抑制的程度增大,其生长及生化组成与对照组相比发生了极显著的变化。实验结束时,黑暗处理下的藻细胞密度和生物量分别降低到2.93×10⁵ cells·ml^-1和0.011 g·ml^-1,仅为对照的8.0%和37.3%。同样地,黑暗环境也明显地抑制了三角褐指藻体内生化物质的合成与积累,黑暗处理12 d时藻细胞的叶绿素a、可溶性糖和蛋白含量分别比对照降低了约89%、87%和85%。研究结果可为海洋微藻种质的筛选、种质资源库的构建及微藻生物资源的综合开发利用提供参考依据。     

三角褐指藻甘油酯对氮胁迫的响应

【背景】三角褐指藻作为生物燃料潜在的生产者,在胁迫条件下能通过改变其甘油酯组成来适应外部环境的变化,同时伴随着生物燃料原料甘油三酯(TAG)的积累,研究三角褐指藻甘油酯对氮胁迫的响应机制有利于深入认识TAG的积累过程。【目的】通过分析三角褐指藻在正常和氮胁迫条件下各类脂质含量及其脂肪酸成分的变化,揭示氮胁迫诱导积累的TAG酰基主要来源,以及在胁迫前生成的各极性甘油酯脂肪酸的去向,从而为进一步认识三角褐指藻对氮胁迫的响应机制提供新信息。【方法】利用高效薄层色谱结合气相色谱法分析三角褐指藻在正常和氮胁迫条件下的脂肪酸及甘油酯组分的变化。【结果】三角褐指藻在氮胁迫条件下TAG含量增加至57.8 mg/g时,总甘油酯含量几乎不变,但各甘油酯含量变化差异很大,表现为各极性脂含量显著降低。在此期间,各类甘油酯脂肪酸组成含量的变化表明,三角褐指藻TAG主要积累饱和及单不饱和脂肪酸,即16:0和16:1n7,分别以从头合成及原有极性脂转化为主,极性脂的部分二十碳五烯酸(EPA)作为酰基供体也向TAG发生了转化;此外组成极性脂的多不饱和脂肪酸16:2n4、16:3n4及EPA分解导致其含量显著下降。【结论】当氮胁迫诱导的三角褐指藻TAG含量为57.8 mg/g时,积累的TAG酰基中有48%来自从头合成,52%来自极性脂转化;而氮胁迫诱导所减少的极性脂酰基中有54%转化成TAG,46%发生了分解。     

壬基酚对三角褐指藻的毒性效应及其机理

为了探讨壬基酚(Nonylphenol,NP)对海洋微藻的生态毒性效应,实验选择三角褐指藻(Phaeodactylum triconutum Bohlin)作为受试对象,设置7 个NP 质量浓度梯度(0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 和2.0 mg·L^-1),测定了不同浓度处理下三角褐指藻的生长情况、光合色素含量、可溶性蛋白含量、丙二醛(MDA)含量及最大光能转化效率(Fv/Fm)以及24 h,48 h,72 h,96 hEC₅₀ 等指标。结果表明,NP 对三角褐指藻的96 h EC50 为0.84 mg·L^-1;当NP 暴露浓度在0.4 mg·L^-1 以上时对三角褐指藻生长表现抑制效应,而且随着NP 质量浓度的增加,生长抑制效应加强,当暴露浓度≥1.0mg·L^-1 时即可造成藻细胞大量死亡,当NP暴露浓度≥2.0mg·L^-1 时,藻细胞基本不能生长。三角褐指藻的细胞密度、可溶性蛋白含量、光合色素含量以及Fv/Fm 等指标随NP 暴露浓度质量浓度的增加而下降的幅度更加显著,暴露处理24 h,MDA 含量随NP 质量浓度的增加而上升,表明较高质量浓度的NP 胁迫,使藻细胞膜脂过氧化程度增强,可能会导致细胞膜结构的破坏和功能的丧失。NP 对三角褐指藻的生长具有明显的毒性效应,并可以造成抗氧化酶系统和光合系统的损伤。     

三角褐指藻产油突变株的筛选

能源短缺和原油价格上涨是全球关注的问题之一, 生物柴油作为一种优质的替代液体燃料越来越受到重视。以油料作物、废食用油和动物脂肪为原料生产生物柴油已远远不能满足需求。相比而言, 产油微藻具有光合效率高、生物量大、油含量高、生长速率快、不受季节的限制及不占用耕地等优势[15], 被认为是制备生物柴油燃料的更有潜力的原料。由于目前微藻生物柴油生产成本过高, 尚未获得商业化生产。     

三角褐指藻基因枪转化体系的建立

三角褐指藻具有较高的脂肪酸含量,是一种很有潜力的生物柴油生产原料。此外,它是多不饱和脂肪酸尤其是二十碳五烯酸（EPA）重要的来源。合适转化体系的缺乏限制了通过基因工程手段对其进行改造。首次采用基因枪方法成功地将外源基因转入三角褐指藻,转化细胞经染色后呈现蓝色,表明外源报告基因β-糖苷酸酶( GUS ) 基因得到了成功的表达。同时还进行了转化参数等因素对转化效率影响的分析,优化了转化条件。结果显示最佳的转化条件为: 每60 μg钨粉包被1 μg质粒DNA,样品室真空度为27英寸汞柱,可裂膜为1500psi,受体与阻挡网距离6 cm。此外,转化载体采用了三角褐指藻内源基因fcp的启动子,实现了外源基因在细胞内的表达。通过5种基因工程中常用抗生素对三角褐指藻生长抑制的研究发现,三角褐指藻对卡那霉素、氨苄青霉素、链霉素和新霉素不敏感,500 mg/L 的卡那霉素、氨苄青霉素和新霉素,以及1000 mg/L 链霉素仍不能抑制其生长;三角褐指藻对氯霉素非常敏感,130 mg/L的氯霉素可以完全抑制其生长,其半抑制浓度为60 mg/L。这为基因工程手段改造三角褐指藻脂肪酸代谢相关途径奠定了基础。     

三角褐指藻的诱变育种及产EPA的条件研究

旨在获得不饱和脂肪酯EPA产量更高的藻种,利用0.6% EMS对三角褐指藻进行诱变。通过单细胞分离技术得到1株突变株EP1,其EPA产量比出发藻株提高了19.81%。结果显示,突变藻株产EPA的最适条件为:NaNO3 75 mg/L,pH7.5,昼夜温度17-15℃,接种量为12%。最适条件下培养7 d,其EPA产量可达26.77 mg/g。传代试验表明,突变藻株具有较好的遗传稳定性。     

叶绿体转化三角褐指藻表达外源蛋白

为建立三角褐指藻(Phaeodacty lum tricornutum)叶绿体表达体系,从其叶绿体基因组中克隆了rnS-trnI、trnAml序列作为遗传转化同源重组序列,并以氯霉素抗性基因(CAT)表达盒作为筛选标记,以及绿色荧光蛋白基因(GFP)表达盒作为报告基因.以TA克隆载体pMD19-T为基础,将CAT表达盒...     

CHRONIC EFFECTS OF ULTRAVIOLET-B RADIATION ON GROWTH AND CELL VOLUME OF PHAEODACTYLUM TRICORNUTUM (BACILLARIOPHYCEAE)1

Cultures of the temperate estuarine diatom, Phaeodactylum tricornutum Bohlin (NEPCC Clone 31), were grown under ambient intensities of ultraviolet-A radiation (UVAR), photosynthetically active radiation (PAR), and various intensities of ultraviolet-B radiation (UVBR; 290–320 nm). Growth rates and cell volumes were monitored for 36 d. UVBR decreased growth rates and increased cell volumes. Sensitivity of growth to UVBR increased with time. Growth rates of P. tricornutum decreased with increasing ratios of UVBR:UVAR + PAR.     

Highly Efficient Transformation of the Diatom Phaeodactylum tricornutum by Multi-Pulse Electroporation

In our previous studies, a strain of the nonpathogenic, anaerobic, intestinal bacterium, Bifidobacterium longum (B. longum), was found to be localized selectively and to proliferate within solid tumors after systemic administration. In addition, B. longum transformed with the shuttle-plasmid encoding the cytosine deaminase (CD) gene expressed active CD, which deaminated the prodrug 5-fluorocytosine (5-FC) to the anticancer agent 5-fluorouracil (5-FU). We also reported antitumor efficacy with the same plasmid in several animal experiments. In this study, we constructed a novel shuttle-plasmid, pAV001-HU-eCD-M968, which included the mutant CD gene with a mutation at the active site to increase the enzymatic activity.

In addition, the plasmid-transformed B. longum produces mutant CD and strongly increased (by 10-fold) its 5-FC to 5-FU enzymatic activity. The use of B. longum harboring the new shuttle-plasmid increases the effectiveness of our enzyme/prodrug strategy.     

三角褐指藻在磷营养限制胁迫下的补偿生长效应

以三角褐指藻(Phaeodactylum tricornutum)为研究材料,设置了5个磷营养限制处理:磷营养分量分别设为f/2培养基的1/20(P₁)、1/10(P₂)、1/8(P₃)、1/4(P₄)、1/2(P₅),以f/2为对照(P_ck),在磷限制胁迫下培养10d,然后均以相同密度(2.5×10⁵cells·mL^-1)接种在f/2条件下恢复培养16d,测定了三角褐指藻在磷限制胁迫下和恢复培养阶段的生长状况。结果表明,三角褐指藻在受到磷限制胁迫后,细胞密度、蛋白质和可溶性糖含量都显著低于对照(p<0.05);恢复阶段,P₁、P₂和P₃处理组的细胞密度、平均相对生长率及生物量在恢复培养的中前期显著高于对照(p<0.05),最高平均相对生长率分别为0.73、0.70、0.68d^-1,显著高于对照(0.55d^-1)(p<0.05);P₄处理组的细胞密度和生物量与对照无显著差异;P₅处理组的细胞密度和生物量在恢复培养的中前期显著低于对照(p<0.05);随着培养时间的推移,各处理组与对照之间的差异逐渐缩小,处理组和对照的细胞密度、生物量、蛋白质和可溶性糖含量等均无显著差异。     

Research note: High efficiency transformation of the diatom Phaeodactylum tricornutum with a promoter from the diatom Cylindrotheca fusiformis

A high efficiency transformation system was established for the pennate diatom Phaeodactylum tricornutum Bohlin using a plasmid containing fucoxanthin chlorophyll a/c binding protein ( fcp ) promoter/terminator and nitrate reductase ( NR ) promoter/terminator that are derived from the pennate diatom Cylindrotheca fusiformis . The plasmid that contains the zeocin resistance gene ( ble ) with the fcp promoter and enhanced green fluorescent protein gene ( egfp ) with the NR promoter was introduced into P. tricornutum using microparticle bombardment. Transformants (650 ± 58 per 10⁸ cells) were obtained. The yield of transformants was between 1.5 and 130 times higher than previously reported P. tricornutum transformation systems. Four to seven copies of the ble gene were integrated into genomic DNA of the transformants. This high efficiency transformation system of P. tricornutum is expected to provide a powerful tool for high-throughput analysis of gene function using homologous recombination or RNAi.     

三角褐指藻(Phaeodactylum tricornutum)通用转化载体的构建

三角褐指藻(Phaeodactylum tricornutum)是开展微藻生物柴油研究的理想材料。克隆了内源fcp基因簇的多个调控序列(启动子、终止子),构建了包括fcpB启动子-bar基因-fcpA终止子、以及fcpA启动子-多克隆位点(MCS)-fcpA终止子两个表达盒的通用转化载体pfcpA-MCS/fcpB-Bar,其特征是以bar基因作为选择标记,MCS区方便插入一至多个目的基因。新载体可用于三角褐指藻的重组蛋白表达、或油脂代谢相关基因的功能验证和代谢调控研究。     

微藻高效基因枪转化方法的建立

基因枪法是外源基因导入微藻细胞的重要手段。然而,发展至今,微藻细胞基因枪转化效率一直偏低（10~50个转化子/μg DNA）,高价低效的转化方法阻碍了基于高通量转化子的基因功能分析。为了提高基因枪的转化效率,本研究以三角褐指藻为材料,从抗生素选择培养基的改良,微载体的选择、制备、包埋、点膜和轰击参数的优化,以及受体细胞的处理等方面进行了系统研究。结果显示,采用50%海水盐度f/2培养基可以提高博来霉素的效价,f/2固体培养基中2216E营养物质的加入能缩短1/3的平板筛选时间。微载体制备应选择对金（钨）粉没有吸附作用的离心管,制备量/管应少于3.5 mg。微载体轰击量每次大约为0.75 mg,过量将会造成一个轰击死亡圈,过少将导致轰击成本上升。当轰击间距A为6.35 mm,间距B为11 mm,间距C为6 cm时,可以获得最多的转化细胞。109个受体细胞铺成较厚的多细胞层能显著提高转化效率。经过上述优化与改进,本研究将现有文献报道的转化效率提高了4.7~30倍,达到295 ± 60个转化子/μg DNA。该方法除适用于三角褐指藻外,也可广泛应用于其他微藻（杜氏盐藻、小球藻）的基因枪转化研究,可以为微藻基因工程研究提供快速,高效和可靠的操作技术。