雨生红球藻培养过程中色素动态变化与光合生理特性研究

以雨生红球藻Haematococcus pluvialis CG-06为实验材料,分析测定在正常培养周期内藻细胞主要色素的变化动态、光合生理特性,以及培养基中硝态氮的含量。结果表明,雨生红球藻在绿色细胞阶段的主要色素包括:叶绿素、叶黄素、β-胡萝卜素,培养至红色细胞阶段增加了角黄素、海胆酮、虾青素单酯及双酯等次生类胡萝卜素。硝态氮浓度在培养初期下降迅速,第3 d降至4.875 mg/L,下降了85.3%,至第7 d下降为0.169 mg/L。雨生红球藻培养至第7 d时,细胞中开始检测出虾青素,含量为0.159 mg/g,此时虾青素合成速度较快,至第11 d虾青素含量上升为1.68 mg/g,在虾青素合成初期β-胡萝卜素的含量下降。藻细胞的光合速率、呼吸速率和NPQ在培养前期比较稳定,第7 d细胞光合速率开始下降,而呼吸速率和NPQ则上升,在整个培养周期中,藻细胞的Fv/Fm变化不明显。     

抗生素对雨生红球藻无菌化培养的影响

采用8种常用抗生素对雨生红球藻进行无菌化处理,研究抗生素种类及浓度对雨生红球藻细胞生长的影响,以确定对雨生红球藻细胞无害并能抑制伴生杂菌生长的抗生素种类及使用浓度。结果表明:培养前期(0~8d)添加灰黄霉素(0.05 mg/m L)的抑菌效果最好,且对雨生红球藻细胞的生长抑制最小;培养中后期(8 d后),添加青霉素(0.05 mg/m L)所起到的抑菌效果较明显。另外,当分阶段添加灰黄霉素(0.05 mg/m L)和青霉素(0.025mg/m L)时,雨生红球藻细胞密度可达4.75×106个/m L(培养18 d),是空白对照实验组的1.8倍,且其抑菌效果明显优于使用单一抗生素。     

外源2,6-二叔丁基对甲酚对非生物胁迫条件下雨生红球藻虾青素积累的影响

【背景】雨生红球藻是天然虾青素的最佳来源,广泛应用于虾青素的工业化生产。【目的】探究外源添加不同浓度的2,6-二叔丁基对甲酚(Butylated hydroxytoluene,BHT)对雨生红球藻虾青素积累的影响,以期建立BHT提高雨生红球藻虾青素产量的技术体系。【方法】选用不含硝态氮的BBM培养基,辅以强光照,培养雨生红球藻(Haematococcus pluvialis)LUGU,测试不同浓度BHT对雨生红球藻生物量、虾青素含量、活性氧、抗氧化系统和虾青素合成相关酶基因的影响。【结果】在0-3 mg/L BHT范围内,2 mg/L BHT对雨生红球藻虾青素积累的促进效果最佳,达到31.66 mg/g。2 mg/L BHT有效降低了雨生红球藻内的活性氧水平,增加了细胞内NO水平,提高了藻细胞内过氧化氢酶(Catalase,CAT)、过氧化物酶(Peroxidase,POD)和超氧化物歧化酶(Superoxidedismutase,SOD)活性以及谷胱甘肽(Glutathione,GSH)的含量,诱导了虾青素合成关键酶基因chy和lcy的高效表达。【结论】非生物胁迫条件下,外源添加适量的BHT能促进雨生红球藻中虾青素的积累,且与藻细胞内的信号分子活性氧(Reactive oxygen species,ROS)、NO水平及虾青素合成相关基因的表达调控相关。     

红光下培养方式对雨生红球藻细胞增殖及其活力的影响

研究重点针对雨生红球藻绿色游动细胞的增殖培养阶段,分析了在利于细胞增殖的红光条件下,几种培养方式的调整对增殖过程和细胞活力的影响。结果显示:（1）在红光下,增殖平台期维持时间长,细胞活力稳定,细胞中性脂无累积,但进入平台期前,细胞中性脂有规律波动,进入平台期后相对稳定;通过更新率为20%的半连续培养,细胞数产出较批次培养提高57%;半连续培养中细胞呈现胁迫调节的时间较批次培养晚。随着培养时间增加,半连续培养下细胞营养盐吸收能力降低。（2）初始接种密度与细胞增殖速率及细胞光合活力呈负相关:初始密度低的细胞增殖速率较高,细胞光合作用活力高。（3）在培养过程中添加CO2时,最大密度均有提高,达6.0105 cells/mL,较无添加组提高54%;细胞分裂速率均有提高,但红光下较白光下增殖速率高（分别为0.223/d和0.198/d）;添加CO2降低培养液pH,利于维持适宜增殖的pH环境。叶绿素荧光参数以及细胞粒径在红光和白光下有显著差异:红光下,Fv/Fm显著高于白光下;红光下补充CO2显著减小细胞粒径,而白光下粒径无显著变化。研究结果显示,在红光下,采用间断式半连续培养补充CO2培养绿色游动细胞,有利于提升细胞活力与产出。     

雨生红球藻ZL-1 生长和虾青素积累条件优化

分离鉴定了一株雨生红球藻ZL-1, 比较了不同接种密度和吲哚乙酸浓度对其生长的影响; 在此基础上, 探究了不同浓度水杨酸和盐度对雨生红球藻虾青素积累的影响。结果表明: (1)接种密度为2.00×10⁴ cell·mL^–1 时, 雨生红球藻生长快速, 最终生物量达到最大值0.43 g·L^–1; 不动细胞比游动细胞更快的积累虾青素, 高光诱导不动细胞得到最高虾青素产量为8.44 mg·L^–1; IAA 终浓度为1.5 mg·L^–1 时, 雨生红球藻生长速度最快, 最终细胞密度和干重分别比对照组提高了24.28%和27.11%; (2)水杨酸具有缓解高光胁迫和促进虾青素积累的双重作用, 15 和25 mg·L^–1水杨酸诱导下, 雨生红球藻生物量较高, 虾青素产量分别比对照组提高了18.18%和18.94%; 使用4‰的盐度胁迫雨生红球藻, 虾青素产量较对照组提高了17.42%, 但盐度也会引起藻细胞的漂白、死亡, 导致生物量显著降低。     

褪黑素对非生物胁迫下雨生红球藻中虾青素积累的影响

以雨生红球藻Haematococcus pluvialis LUGU株为研究对象, 研究在高光照和缺氮胁迫条件下, 添加不同浓度褪黑素(melatonin, MLT)对雨生红球藻生长、虾青素积累、活性氧(ROS)、信号分子及dxs基因表达量的影响。结果表明, 外源添加10 μmol/L MLT可有效提高藻细胞中虾青素的含量, 最高可达31.32 mg/g, 是对照组(13.27 mg/g)的2.36倍; 抑制了细胞内ROS水平, 上调了信号分子一氧化氮(NO)和水杨酸(SA)的含量; 此外, dxs基因表达水平比对照组明显提高, 最高达11.3倍。研究表明, 在非生物胁迫条件下, 雨生红球藻中虾青素的大量积累可能与外源MLT调控细胞内ROS、信号分子及基因表达有关。     

CO_2浓度对雨生红球藻生理生化指标的影响

为了探讨雨生红球藻对不同CO_2浓度的响应,利用生理生化测定方法比较了两种CO_2浓度对雨生红球藻生长、色素含量、叶绿素荧光参数和两种碳代谢相关酶的影响。结果显示在雨生红球藻的绿色营养阶段,4倍空气CO_2浓度下培养的藻细胞密度是空气CO_2浓度下的3.08倍(第10天),与空气CO_2相比,较高CO_2培养藻的叶绿素和类胡萝卜素含量、胞外碳酸酐酶(CA)活性降低,非光化学淬灭(NPQ)显著升高,最大光能转化效率(Fv/Fm)、实际光化学量子效率(ФPSII)多显著升高,而光化学淬灭(q P)、核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶(Rubisco)活性无显著差异。在雨生红球藻的红色孢子阶段,4倍空气CO_2培养下的藻细胞密度显著降低,但虾青素含量提高了20.23%(第8天)。以上研究表明可以通过适当提高CO_2浓度来促进雨生红球藻的生长和虾青素的积累。     

温度对雨生红球藻(Haematococcus pluvialis)生物量和虾青素产量的影响

在用环形培养池模拟系统培养雨生红球藻的过程中,研究了温度对雨生红球藻生物量及虾青素产量的影响。结果表明,在15～25℃的范围内,不同温度下雨生红球藻生物量和虾青素含量及产量都经历了一个上升—最高—下降的过程。25℃与22℃时红球藻的虾青素产量、虾青素含量(干重)均显著高于其他温度的(P<0.01),但两者间差异不显著(P>0.05)。15℃时,红球藻生物量、虾青素含量和虾青素产量均最低,分别为1.4g、0.54%和2.49mg/L;25℃时,红球藻生物量和虾青素产量最高,分别为2.68g和13.53mg/L;22℃时,虾青素含量最高,为1.52%。     

2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-D)对雨生红球藻中虾青素积累的影响

本文初步研究了一定浓度范围内的2,4-D对雨生红球藻积累虾青素的影响.在对数生长 期的藻液中分别加入一系列不同浓度的2,4-D溶液,然后进行胁迫培养(25℃、24h、5000Lx连续光照 营养盐饥饿),诱导细胞内虾青素的合成积累.在诱导过程中,显微观察不同浓度2,4-D处理后细胞形态和虾青素积累的动态变化,并定期取样测定虾青素含量.结果表明,20.0mg/L的2,4-D能够明显促进雨生红球藻中积累虾青素.它不仅可以加快虾青素积累进程(比对照提前15 d),而且比对照能提高13.4%的虾青素产量.     

氮胁迫对雨生红球藻色素积累与抗氧化系统的影响

选用雨生红球藻CG-06为试验藻株,以BBM为基础培养基,分别设置了0、13.7、27.5、41.2mg·L-1四个硝态氮浓度梯度,分析并探讨在不同硝态氮浓度条件下雨生红球藻生长、生理特性、细胞内主要色素含量的变化以及抗氧化酶活性。结果表明：细胞中色素的积累量和积累速率与初始硝态氮浓度成反比,与抗氧化酶活性呈负相关。缺氮时,培养到第3天的藻细胞中虾青素含量达到4.95μg·mg-1,而对照组在培养到第9天的细胞中才开始产生虾青素,而且在整个培养周期内细胞中的虾青素最大含量仅为4.17μg·mg-1。酶活测定结果显示,虾青素含量较高的红色细胞中,超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）和谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）的活性明显高于绿色细胞,且GSH-Px活性最高。研究表明,雨生红球藻可能有两种过氧化防御机制,绿色细胞阶段以抗氧化酶作用为主,在培养后期启动虾青素保护机制,两种机制具有协同作用。     

模拟酸雨胁迫下硅对髯毛箬竹光合特性的影响

以髯毛箬竹为试验材料,研究了模拟酸雨胁迫(pH 3.0)下硅对髯毛箬竹叶片叶绿素相对含量、光合作用日变化以及叶绿素荧光特性等的影响.结果表明:20和100 mg·L^-1 Na₂SiO₃预处理可以不同程度地抑制酸雨胁迫下髯毛箬竹叶片叶绿素含量的显著下降,且以100 mg·L^-1浓度处理效果最佳,叶绿素含量可提高22.7%,而高浓度(500 mg·L^-1)预处理则无缓解作用-酸雨胁迫下,髯毛箬竹光合“午休”现象加重,日平均净光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)和气孔限制值(L_s)明显降低,而胞间CO₂浓度(C_i)增大,经过20～100 mg·L^-1硅预处理后,P_n、G_s、L_s不同程度增加,而C_i有所降低,且以100 mg·L^-1硅预处理效果最佳,日平均P_n增加39.2%.酸雨胁迫下,箬竹PSⅡ最大荧光(F_m)、最大光化学效率(F_v/F_m)、潜在活性(F_v/F_o)、有效光化学效率(F_v′/F_m′)、最大荧光产额(F_m′)、光化学淬灭系数(q_P)、非光化学淬灭系数(q_N)、PSII实际光化学效率(Φ_PSⅡ)降低,暗适应和光适应下的最小荧光产额F_o、F_o′ 则升高;而100 mg·L^-1硅预处理明显抑制了胁迫下各荧光参数的变化,F_v/F_m、F_v/F_o、F_v′/F_m′和Φ_PSⅡ分别增加35.2%、146.2%、55.0%和24.3%.说明外源适宜浓度硅预处理能有效地缓解酸雨胁迫导致的髯毛箬竹光合活性下降和光合系统损伤,从而提高胁迫下植物的光合能力.     

不同类型喀斯特植物的荧光特征及抗旱性比较

利用叶绿素荧光技术观测了五个不同类型的喀斯特植物翅荚香槐、大盔凤仙、红背叶、牛耳朵和青冈栎在不同作用光强下的光能利用特征,并且对这五种类型植物在PEG诱导水分胁迫下的抗旱性作了比较。结果表明,随着作用光强的增加,这五种植物的光化学反应能力(qP)逐渐降低,非光化学耗散作用(NPQ)明显增加,同时PSⅡ有效光化学效率(Fv′/Fm′)随之下降,导致PSⅡ电子传递量子效率(ΦPSⅡ)也明显下降,但在相同作用光强下这五个类型植物的荧光特征无明显差异。在PEG诱导水分胁迫的实验中,牛耳朵、青冈栎在PEG处理后Fv/Fm变化不明显,而红背叶Fv/Fm值下降程度最大,其次为翅荚香槐、大盔凤仙。由此推测,牛耳朵和青冈栎的耐干旱能力最强,红背叶抗旱能力最弱,翅荚香槐、大盔凤仙居中。     

NaCl胁迫对马齿苋光合作用及叶绿素荧光特性的影响

以马齿苋为材料,采用温室盆栽法研究了14 d NaCl胁迫处理对其幼苗生长、光合作用和叶绿素荧光特性的影响.结果显示:(1)马齿苋幼苗的鲜重和株高在25 mmol·L-1 NaCl胁迫时与对照无显著差异,但其随着NaCl浓度的继续增加均显著降低,且其生物量受到的抑制早于株高.(2) NaCl胁迫下,马齿苋幼苗叶片净光合速率(Pn)降低,胞间二氧化碳浓度(C1)增大,且两者的变化幅度随着NaCl浓度增加而增大.(3)NaCl胁迫下,马齿苋幼苗叶片的初始荧光(F0)、最大荧光(Fm)、可变荧光(Fv)、恒态荧光(Fs)、恒态荧光与初始荧光差值(△F0)、PSⅡ潜在光化学效率(Fv/Fo)和PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)均降低,叶片光化学荧光猝灭系数(qP)也在NaCl胁迫下降低,而非光化学荧光猝灭系数(NPQ)则上升;在0～50 mmol·L-1NaCl胁迫下,幼苗叶片各荧光参数下降幅度小于其他高浓度NaCl胁迫.研究表明,在NaCl胁迫条件下,马齿苋幼苗叶片的光合作用受光抑制伤害,但在低浓度NaCl下能够较多地将光能用于光化学反应,光抑制程度较低,保持了较高的净光合速率,明显减轻盐胁迫对植株生长的影响,表现出一定的耐盐性.     

外源甜菜碱对盐胁迫下枸杞光合功能的改善

研究了外源甜菜碱对盐胁迫下枸杞扦插苗叶片光合功能的影响。结果表明,外源甜菜碱能使盐胁迫下的枸杞叶片叶绿素荧光动力学参数Fo、Fm、Fv、Fv／Fm、Fm／Fo和Fv／Fo增高,使光合色素叶绿素a(Chla)、叶绿素b(Chlb)和类胡萝卜素(Car)含量明显增加,叶绿素a与b的比值(Chla／Chlb)升高,类胡萝卜素与叶绿素的比值(Car／Chl)降低,说明外源甜菜碱有利于植物对光能的捕获、吸收、传递和转换,提高叶片的光合活性,降低盐胁迫对植物的抑制作用。     

外源甜菜碱对干旱／盐胁迫下的小麦幼苗生长和光合功能的改善

本文用甜菜碱溶液浸种,研究了外源甜碱对干旱／盐胁迫下的小麦幼苗的生长状况和叶片光合转能的影响,结果表明,外源甜菜碱能使干旱／盐胁迫下的小麦幼苗地上部和根部的干重和含水量增加,使叶片叶绿素a荧光诱导动力学参数Fv/Vo,Fv/Fm和qP增高,qN降低,说明外源甜菜碱有利于植物对光能的捕获和转换,明显促进植物生长,降低干旱／盐胁迫对植物的抑制作用。     

水分胁迫对牛心朴子叶片光合色素及叶绿素荧光的影响

研究了水分胁迫对牛心朴子叶片光合色素及叶绿素荧光动力学参数的影响。结果表明,在长期的水分胁迫中,牛心朴子叶片的叶绿素a(Chl a)、叶绿素b(Chl b)和类胡萝卜素(Car)含量没有下降或下降不明显。直到处理末期才显著下降;叶片叶绿素荧光动力学参数Fo、Fm、Fv、Fv／Fm变化不大,在处理末期各处理Fo降低,轻度、重度水分胁迫的Fm、Fv、Fv／Fm升高。说明K期水分胁迫后牛心朴子的光合功能受到影响,但牛心朴子仍表现出较强的适应干旱的能力。     

外源NO对NaHCO3胁迫下黑麦草幼苗光合生理响应的调节

采用营养液砂培方法,研究了外源一氧化氮(NO)对100 mmol/L NaHCO3胁迫下黑麦草幼苗叶片叶绿素含量、光合气体交换和叶绿素荧光参数、光能分配及叶黄素循环的影响。结果表明:(1)外施60μmol/L NO供体硝普钠(SNP)显著缓解了NaHCO3胁迫下叶绿素含量、净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)和气孔限制值(Ls)的下降及胞间CO2浓度(Ci)的升高,提高了光系统Ⅱ(PSⅡ)的潜在活性(Fv/Fo)、最大光化学效率(Fv/Fm)、实际光化学效率(ΦPSⅡ)和光化学猝灭(qP),降低了初始荧光(Fo)和非光化学猝灭(NPQ)。(2)NaHCO3胁迫下,外施SNP显著抑制了天线转换效率(Fv’/Fm’)的下降,降低了光系统间激发能分配的不平衡性(β/α-1)和天线热耗散的比例(D),提高了吸收光能中用于光化学反应的比例(P),而对PSⅡ反应中心的过剩光能(Ex)无明显影响。(3)外施SNP显著降低了NaHCO3胁迫下叶黄素循环库(V+A+Z)下降和叶黄素循环脱环氧化状态(A+Z)/(V+A+Z)上升的幅度。但SNP对NaHCO3胁迫的缓解效应可被NO清除剂血红蛋白(Hb)部分或完全地逆转,SNP的分解产物NaNO2处理对NaHCO3胁迫无明显改善。表明外源NO可能通过提高光化学效率,缓解了碱胁迫引起的光抑制对光合机构的破坏,从而提高黑麦草的光合效率。     

Effects of Strong Light and Active Oxygen on Photosynthesis in Soybean

With the use of chlorophyll fluorescence technique, it was found that the net photosynthetic oxygen evolution rate decreased after strong light (2 000 μmol· m-2·2-1 ) treatment for two hours in soybean ( Glycine max L. ) leaves. The chlorophyll fluorescence parameters, Fm/Fo, Fv/Fm, ФPSII, qp and qN decreased along with the increase of light intensity. In strong light, exogenous active oxygen H202、·OH and 'O2 were harmful to soybean leaves. The destruction of 'O2 and·OH to leaves was most evident, as was shown that Fv/Fm and PS H decreased significantly. The antioxidants DABCO, mannitol, ascorbate and histidine protected the leaves, but weakly, from strong light. In darkness, the SOD inhibitor sodium diethyldithiocar- bamate (DDC) had no significant effect on Fm/Fo and Fv/Fm, but NAN,, the ascorbate peroxidase (APX)inhibitor, significantly decreased Fm/Fo, Fv/Fm and ФPS II. In strong light, however, beth DDC and NaN3 reduced the above-mentioned fluorescence parameters, but NaN3 was more effective than DDC. The results suggested that photoinhibition did take place in soybean leaves under strong light, and it was related to active oxygen in vivo.