温度,含水量和光照对发菜固氮酶活性的影响

陆生蓝藻发菜(Nostoc flagelliforme)固氮酶活性的最适温度为21—28℃;最适藻丝体含水量为1000—1500%;最大饱和光强达150—200焦耳/m~2·秒。在湿润状态下,发菜对较高的温度很敏感。在45℃下1小时,发菜固氮酶失掉活性。在干燥状态下,发菜在55℃高温下,每天5小时,放置21天后,其固氮酶活性保持不变。预先培养4—5天的湿发菜对干燥变得敏感;但在干湿交替循环中,其固氮酶活性逐步提高,并明显地改善了它对干燥的抵抗能力。此外,在高盐浓度下(0.17—0.43mol/LNaCl)发菜的固氮酶活性被强烈地抑制,说明它不能耐盐碱。发菜的固氮生理特性是它对荒漠草原生态条件适应的结果。干湿交替循环或许是发菜维持生存的必需条件。     

吸水和干燥条件下发菜核糖体代谢差异表达基因分析

为解析发菜吸水和干燥条件下的基因差异表达规律以及发菜适应“干 湿”水分节律调控机制,该研究以充分吸水发菜藻体为对照组,干燥状态下的发菜藻体为处理组,采用高通量Illumina HiSeq PE150测序平台结合生物信息学分析方法对发菜吸水和干燥条件下的差异表达基因进行分析。结果显示：(1)发菜吸水和干燥条件下共鉴定到差异表达基因3 383个,其中显著上调和显著下调表达的基因数分别为1 767个和1 616个。(2)GO功能富集分析发现,在吸水和干燥条件下发菜差异表达基因主要富集在蛋白质合成与代谢等相关途径中;KEGG显著性富集分析发现,吸水和干燥条件下发菜有46个差异表达基因被显著富集到核糖体代谢途径,且均为显著上调表达,这些基因可能参与发菜对干旱胁迫的响应。(3)随机挑选6个被显著富集到核糖体代谢途径的基因进行qRT PCR分析发现,其基因相对表达量与转录组测序结果一致。研究表明,发菜在干燥条件下可能通过激活核糖体代谢特定基因表达帮助抗旱相关的蛋白质的合成和正确折叠、并参与渗透调节等重要生理活动进而调控其适应干燥环境条件。     

发菜光合特性与水分关系的研究

处于自然光照与室内散射光照和2种不同供水时间 8∶00与20∶00 条件下的发菜藻殖段,用Li-6200光合仪作其光合速率日变化测试,结果得出:自然光照与室内散射光照及2种供水时间对发菜光合速率、蒸腾速率、温度、水汽压亏缺等因子之间的影响关系.自然光照条件下,对发菜20∶00供水,在次日的发菜光合速率日变化中,光合速率与水汽压亏缺呈显著性正相关关系 r=0.6216 .发菜光合速率日变化曲线与水汽压亏缺日变化曲线趋于一致,当光照强度为1324μmol·m-2·s-1时,水汽压亏缺达到44.5mb,发菜光合速率日变化出现峰值 1.68mg·g-1·s-1 .对发菜8∶00供水,其光合速率日变化在供水5h后出现峰值;在室内散射光照条件下,在8∶00和20∶00供水都使发菜在光合速率日变化中,保持了较高的相对含水量,光合速率降低,并处于较长时间的呼吸作用状态.     

均匀设计法优化发菜细胞悬浮培养条件

通过摇瓶发酵实验研究了培养温度、光照强度等培养条件对发菜细胞悬浮培养生物量和代谢产物发菜多糖累积的影响,通过均匀设计试验对培养条件进行了优化。结果表明:在培养温度24℃、培养基初始pH8.0、光照强度60μmol/(m2.s)、转速150r/min的条件下培养20d,发菜细胞生物量(细胞质量浓度)达到1.34g/L,胞外多糖产量达到208.32mg/L;与优化前相比,发菜细胞生物量和胞外多糖产量分别提高27.3%、111.17%。     

发菜磷酸葡糖胺变位酶(glmM)对干旱胁迫的响应及其基因克隆

glmM编码的磷酸葡糖胺变位酶是肽聚糖合成前体的关键酶。为探究发菜glmM响应干旱胁迫的表达调控机制及明确其分子信息,本研究对干旱胁迫条件下发菜glmM在转录水平的差异表达进行了分析,并对glmM的表达水平、磷酸化修饰、乙酰化修饰和琥珀酰化修饰水平进行了检测,克隆了发菜glmM,进行了序列分析和原核表达。结果表明,干旱胁迫条件下,发菜glmM在转录水平上的表达量先增加后减少,glmM上调表达,glmM的磷酸化修饰水平逐渐增加,乙酰化修饰水平相对稳定,琥珀酰化修饰水平有明显变化。设计特异性引物克隆glmM基因,获得全长1416 bp发菜glmM基因,与肺衣(5183)glmM的核苷酸序列同源性为95%,氨基酸同源性为97%。将glmM在大肠杆菌中表达,获得一个51.45 kD的外源蛋白,MALDI-TOF-TOF/MS分析证明该蛋白为磷酸葡糖胺变位酶。研究结果为深入研究发菜glmM的分子信息、生物学功能及其响应干旱胁迫的分子机制提供帮助。     

发菜的生态条件及其规律分析

 本文研究了甘肃永登和内蒙阿拉善左旗的发菜生态条件,发现了发菜生长中的水分节律现象。 发菜生于干燥的高原荒漠草原地带,属大陆性气候。其年平均气温为4.5—8℃,≥10℃积温为2231—2800℃·年,年温差大,昼夜温差明显。年平均降水量为201—290mm,集中在6—8月。年平均相对湿度为46—58%,有露水的天气约80天。土壤主要是由第三纪红土母质发育而来的棕钙土,营养贫乏,石灰质沉积明显,呈强碱性反应。年日照时数3000±300小时,辐射强烈。发菜在结构和生理上表现出强烈的旱生生态适应性,包括它的耐旱,耐贫瘠,嗜阳、嗜碱以及对温度变化的适应性强。 发菜生长中具有明显的水分节律现象。在5—10月,在暂短的降雨和露水后,藻体迅速吸取水分而得以生长。尔后,水分又很快被蒸发,藻体变干,生长停滞。发菜在这种湿润⇌干燥的反复节律中得到不断的断续生长和积累,从而完成发菜在干燥条件下的年生长过程。     

干旱胁迫对发菜超微结构及抗性生理的影响

发菜是一种陆生固氮蓝藻,具有强烈的旱生生态适应性。对干旱胁迫条件下发菜超微结构和抗性生理进行了研究。结果表明：随着干旱胁迫加重,发菜细胞大小和细胞壁厚度变化不显著,胶质鞘趋于紧密,类囊体排列趋于紊乱,多角体变得模糊不清甚至消失,糖原颗粒数目减少,但结构颗粒数目没有明显变化。随着干旱胁迫的加重,发菜SOD、CAT活性呈先升高再下降趋势,SOD在含水量为120%时达到高峰;CAT活性在含水量为445%时达到高峰;MDA,氧自由基随着干旱胁迫加重,其含量呈上升趋势;H₂O₂含量随干旱胁迫加重呈先升高再下降趋势,在含水量为120%时达到峰值。干燥储存1年的发菜与恢复活性的发菜有明显差异性,其SOD、CAT活性较低、MDA、H₂O₂含量较少,但是氧自由基含量最高。研究结果对深入研究发菜的耐旱机理奠定了基础。     

培养条件下发菜的形态建成

固体培养基培养的发菜(Nostoc flagelliforme)在黑暗与低光强(2·s)条件下细胞发育受到抑制,在光强10、20、30、60 μmol/m2·s 条件下细胞生长良好, 但在60 μmol/m2·s 条件下藻丝体易变黄; 液体充气培养的发菜在光强20、60、180 μmol/m2·s 条件下生长速率、类胡萝卜素与多糖含量均随光强升高而增加。发菜在低营养水平时形成的异形胞较多, 异形胞的发生位置也多样, 有端生、间生和连生。当琼脂浓度为0.5%—4%时发菜具有相同的形态发育特征, 从藻殖段发育至丝状聚集体状态, 再从聚集体中释放藻丝; 当琼脂浓度为6%—8%时发菜发育至丝状聚集体状态, 藻丝包裹在厚胶鞘中, 观察不到藻丝和藻殖段的释放。以上结果表明光照和培养基的含水量对发菜细胞发育具有重要影响。       

干旱胁迫下发菜光合作用相关基因差异表达分析

该研究以不同失水处理的发菜为研究材料,以充分吸水状态的发菜为对照,利用高通量测序技术和qRT PCR技术检测了干旱胁迫下发菜光合作用相关基因差异表达规律,并对光合色素和酶活在干旱胁迫下的变化进行了研究。结果表明：(1)发菜在不同程度干旱胁迫下有113个光合作用相关基因差异表达,其中失水30%、75%和100%的发菜分别有44个、74个和91个光合作用相关基因差异表达。(2)随着干旱胁迫程度的加深藻胆素、叶绿素a和类胡萝卜素含量逐渐降低,Rubisco活性随着干旱胁迫程度的增强先上升后下降,GAPDH活性随着干旱胁迫的增强呈现下降的趋势。研究表明,发菜通过光合作用相关基因的差异表达调控光合作用以适应干旱胁迫。该研究结果对进一步研究发菜干旱胁迫响应机制及其耐旱光合机理奠定了基础。     

发菜蛋白质组双向电泳技术的建立及优化

为建立适用于发菜(Nostoc flagelliforme)蛋白质组研究的双向电泳技术,对发菜蛋白质的提取、裂解、上样量、IEF及SDS-PAGE电泳等关键步骤进行了优化,结果显示:发菜蛋白质主要分布在pH 4～7范围内,采用改良TCA法可提高提取液中蛋白质的含量和双向电泳图谱的分辨率,裂解液含60 mmol/L DTT,24 cm IPG胶条上样量1.5 mg时不仅提高了蛋白质的溶解性,而且改善了双向电泳的分离效果,得到近800个蛋白点,且蛋白点清晰,图谱分辨率较好.采用优化后的双向电泳体系提高了发菜蛋白质双向电泳的分辨率和重复性,建立起一套适用于发菜蛋白质组分析的双向电泳方法.