集球藻对盐胁迫的生理适应及细胞结构变化

盐胁迫是影响荒漠区土壤藻类生存的重要环境因子。集球藻是一种广泛分布于生物土壤结皮中的球状绿藻, 能够积累红色素(如虾青素)和油滴, 显示出其独特的生理特性和潜在的应用价值。目前对集球藻的生理、细胞结构以及色素积累的研究非常匮乏。以从荒漠生物结皮中分离的一种集球藻为材料, 在实验室条件下研究盐胁迫对集球藻生物量、光合活性、膜脂过氧化产物丙二醛含量、细胞可溶性蛋白质含量和可溶性糖含量以及细胞结构的影响。研究结果表明, 与对照处理相比, 盐胁迫导致集球藻生物量和光合活性的显著降低, 细胞可溶性蛋白和可溶性糖呈现一定的积累。同时盐处理导致集球藻膜脂丙二醛含量大量增加, SOD和CAT 活性升高。研究还表明, 对照处理下细胞结构完整, 细胞器形态清晰, 生长后期有大量脂肪体积累。在盐处理下藻体细胞形态结构出现阶段性破坏特征和脂肪体以及淀粉粒的积累, 此外细胞器结构模糊和消失, 细胞出现质壁分离和空泡化等。研究为更好地揭示集球藻在盐胁迫环境中的生理适应特性、微结构特征以及色素积累机制具有重要的科学意义, 并为该藻的基础和应用研究提供实验资料。       

低温驯化和外源糖对爪哇伪枝藻冷胁迫的影响

低温是影响荒漠藻类生存的重要环境因子.研究了低温驯化和外源糖对爪哇伪枝藻冷胁迫的作用.实验测定了低温和外源糖处理下伪枝藻某些生理活性指标的变化.结果表明,低温胁迫导致伪枝藻生物量和光合活性的显著降低,低温驯化和外源糖在一定程度上对藻细胞叶绿素α含量和光合活性具有促进作用,低温驯化明显提高了细胞内可溶性蛋白的含量,而对丙二醛的含量影响不大.研究还发现,低温驯化明显降低了细胞膜的相对透性,而外源糖对细胞膜的相对透性影响不大.此外,低温驯化促进了伪枝藻胞外多糖的大量合成.研究结果初步证实了低温驯化和外源糖类对于提高伪枝藻的冷胁迫耐受性具有调节作用.     

荒漠生态系统中的先行者——荒漠藻类

由于世界荒漠化日益严重,荒漠藻类的研究与应用受到重视。对荒漠藻类的基础理论研究及应用状况进行了全面的介绍,重点论述了荒漠藻类的群落演替、逆境适应机制和在荒漠化治理中的应用等,并对荒漠藻类今后的研究及应用进行了展望。     

干燥-再吸水条件下爪哇伪枝藻生理特性和超微结构特征

以典型荒漠丝状蓝藻爪哇伪枝藻为材料,在温室中设置水合(对照)、轻微干燥、中度干燥和极度干燥4种处理,研究干燥胁迫对藻体光合活性、膜脂过氧化、细胞可溶性物质含量、抗氧化酶活性以及细胞超微结构的影响,并采用不同促进剂和抑制剂对干燥藻体进行再吸水处理,测定藻体光合活性的恢复情况。结果显示:(1)爪哇伪枝藻在干燥胁迫下PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)显著降低,并与其藻体水分含量之间呈极显著性相关(r=0.97、P<0.000 1);(2)随着干燥胁迫程度增加,藻体MDA含量、SOD和CAT活性随之升高,细胞可溶性蛋白和可溶性糖含量增加;(3)在藻体再吸水条件下,培养液(BG-110)、胞外多糖和蔗糖对藻体Fv/Fm的恢复具有重要作用,N-乙酰半胱氨酸和脯氨酸对Fv/Fm有一定的恢复效果,氯霉素和敌草隆则抑制Fv/Fm;(4)与水合状态下的细胞结构相比,干燥藻体细胞结构发生明显的变化,如细胞壁增厚,原生质粘稠浓缩、呈紧密分层排列,细胞内出现大量细小黑色颗粒物等。(5)采用不同外源物质对干燥藻体进行再吸水时,藻体的光合活性呈现不同的恢复效果。研究表明,干燥胁迫下爪哇伪枝藻的光合活性受到明显抑制,细胞质膜过氧化程度加剧,细胞出现可溶性小分子物质积累,抗氧化酶活性增强,并造成细胞结构出现适应性变化。     

人工湿地黑臭水体处理系统微生物脱氮机理研究

以上海市老段浦I、II和北夏3座水平潜流人工湿地黑臭河道处理系统为研究对象,进行了水平潜流湿地处理黑臭河道氨氮的转化及脱氮机理的研究。研究表明,3座人工湿地的pH值均呈弱碱性,且沿湿地水流方向变化较小。溶解氧值在0.09—0.35mg/L范围内波动,氨氮沿湿地的流向呈递减的趋势,亚硝态氮及硝态氮浓度较低。在老段浦人工湿地的同一土样中,亚硝化细菌的数量远大于硝化细菌的数量,北夏人工湿地中,湿地前端的亚硝化细菌与硝化细菌的数量近似相等,但在湿地末端亚硝化细菌数量要远小于硝化细菌的数量。原位曝气抑制反硝化反应试验研究表明,3座人工湿地都发生了"新"的脱氮途径-短程硝化-反硝化反应,其中两座老段浦人工湿地50%的氮以短程硝化-反硝化反应去除。北夏人工湿地中约20%的氮以短程硝化反硝化的途径去除。       

库布齐沙地三年生人工藻结皮发育特征及微生物分布

对库布齐沙地4种三年生不同立地条件下人工藻结皮的发育特征和微生物分布进行研究,结果表明:(1)将荒漠蓝藻接种到沙面,形成的人工藻结皮经过3年的生长和发育,结皮的平均厚度达到2.23-5.36mm,呈现深黑色和灰绿色,结皮盖度大于70%.其中沙柳(Salix cheilophila Schneid.)-羊草(Aneurolepidium chinensis)-藻(algae)结皮(SAA)发育最好、生物量最高,且演替成苔藓结皮.在人工藻结皮区普遍出现沙生植物的拓殖和大量生长,如沙米(Agriphyllum squarrosum Bieb.)、披碱草(Elymus dahuricus Turez.)、猪毛菜(Salsola collina Pall.)等,植被盖度达60%-90%.4种不同立地条件下人工藻结皮中藻类的组成都比较单一,在藻类的种类数量上变化并不明显,仍然以具鞘微鞘藻(Microcoleus vaginatus Gom.)占绝对优势,其次是爪哇伪枝藻(Scytonema.javanicum (Kutz.)Born etFlah.),且不同的藻种在结皮中分布的位置不同;人工藻结皮具有较高的抗压强度,抗压强度普遍达到35-70 N/cm2.丝状蓝藻通过紧密和高强度的机械束缚作用以及藻体胞外分泌物对沙粒的黏结作用,对维持藻结皮的强度起着至关重要的作用.对人工藻结皮的超微结构研究发现,经过3年的野外生长和发育,藻结皮沙粒土壤中含有丰富的藻丝体.可以观察到大量藻丝体缠绕或黏结着沙粒,从而实现人工藻结皮的胶结过程;(2)微生物总数变化趋势变现为:沙柳(S.cheilophila)-羊草(A.chinensis)-藻(algae)结皮(SAA)＞草方格(grass pane)-藻(algae)结皮(GA)＞沙米(A.squarrosum)-藻(algae)结皮(AA)＞流沙(shifting sand)-藻(algae)结皮(SA)＞流沙(CK).人工藻结皮的生物量变化趋势与其微生物总数的变化趋势相一致;在微生物各主要类群中,细菌数量、放线菌数量和真菌数量在不同人工藻结皮中的变化趋势同微生物总数的变化趋势相同;在4种人工藻结皮中,细菌所占微生物总数的比例均明显高于放线菌和真菌.结皮中细菌所占微生物总数的百分比呈依次增加的趋势,放线菌所占微生物总数的比例呈递减趋势,真菌占微生物总数的比例非常小,且比例差别不大.     

失水-吸水过程中集球藻的生理生化特性研究

荒漠结皮藻类广泛分布于干旱、半干旱地区,经常面临生存水源的短缺。以一种从荒漠结皮中分离的典型绿藻-集球藻(Palmellococcus sp.)为材料,研究其在失水-吸水过程中的某些生理生化特性。即在温室模拟条件下设置相对湿度分别为0%(极度失水)、43%(适度失水)和98%(水合,对照),测定不同失水处理对集球藻光合活性、膜脂过氧化产物丙二醛含量、细胞内可溶性物质含量和抗氧化酶活性的影响,并测定蒸馏水、BBM培养基、0.2 g/L蔗糖溶液、0.2 g/L蓝藻多糖、0.2 g/L脯氨酸和2.5 mmol/L氯霉素及50μmol/L敌草隆进行吸水处理时对失水藻体光合活性的恢复效果。结果表明,与对照处理相比,集球藻在失水过程中光合活性迅速降低,SOD和CAT活性大量升高,细胞内可溶性糖含量和可溶性蛋白含量明显增加,并且膜脂丙二醛含量出现大量积累。不同的失水-吸水处理发现,外源蔗糖和胞外多糖吸水对集球藻的光合活性有较好的恢复作用,添加脯氨酸和氯霉素吸水时光合活性也获得了一定程度的恢复,采用敌草隆吸水时则出现光合活性的明显抑制。研究结果对于更好地理解荒漠结皮绿藻对干旱的生理适应机制提供了有意义的参考。     

人工藻结皮形成过程中表土非降雨型水分吸收的变化情况

在干旱、半干旱地区, 表土非降雨型水分吸收对于植物、生物结皮以及一些小型动物都起着非常重要的作用. 本研究对库布齐沙漠中各种水分吸收类型进行了调查, 并对人工结皮形成过程中水分吸收的变化进行了跟踪监测. 结果发现, 在实验区, 从空气中吸收的水分占表土水分吸收量的25.07%~39.83%, 其主要是通过水汽吸附机制进行. 相比之下, 表土从深层土壤吸收的水分更多, 大约占到水分吸收量的60.17%~74.93%. 人工结皮的形成促进了表土水分的吸收, 但吸收水分的增加并非在接种后或结皮形成后立即表现出来, 而是在结皮形成后, 结皮结构有了一定变化后, 表土吸收的水分才出现增加. 实验中表土从空气中吸收的水分在接种15天后出现增加; 表土持水量的增加则出现在接种后第20天. 推测藻丝及其分泌物是结皮增加水分吸收量和保持量的主要贡献者, 而且当藻体经历干燥时期死亡之后, 它们对水分的吸收以及保持仍具有一定的作用.     

几种固沙荒漠藻的温度适应性

蓝藻结皮在干旱和半干旱区广泛分布,它们在环境状态的维持和改良过程中发挥着重要的作用。在荒漠藻固沙技术的应用过程中,温度不仅影响藻类在培养池中的培养,还影响接种后藻类的生长。因此,摸清优势固沙藻类的温度生长特征及对不同温度的生长适应性,对于接种蓝藻固沙技术的应用具有积极的意义。实验分3部分:研究了室温培养条件下3种荒漠优势蓝藻-具鞘微鞘藻(Microcoleus vaginatus)、爪哇伪枝藻(Scytonema javanicum)、纤细席藻(Phormidium tenue)的生长曲线,在不同温度(2、5、10、15、25、35℃)、开放式载体培养状态下3种蓝藻的生长状况及形态观察,以及爪哇伪枝藻在不同温度(10、15、20、25、30℃)培养条件下的光合活性、光合色素含量和伪枝藻素含量的变化。实验结果表明:(1)在液体培养基中,纤细席藻生长速率最快,高于具鞘微鞘藻和爪哇伪枝藻;(2)开放式载体培养条件下,藻株的生长速率低于液体培养,因此荒漠优势藻类的培养优先选择液体培养,具鞘微鞘藻和爪哇伪枝藻不易被细菌污染,纤细席藻容易受到细菌污染,在培养该藻株时要考虑添加抗生素类药物抑制细菌过度繁殖;(3)爪哇伪枝藻短期培养(18d)宜选择相对较高的培养温度(25-30℃),而长期培养(30d)宜选择相对较低的培养温度(15-20℃)。       

高温培养条件下爪哇伪枝藻的生理特性和超微结构特征

荒漠生物结皮广泛分布于干旱区环境,高温是影响生物结皮中藻类生存的重要环境因子。在实验室培养条件下,以生物结皮形成和发育中的重要优势种爪哇伪枝藻(Scytonema javanicum Born et Flah)为材料,研究高温胁迫对伪枝藻生理生化特性和细胞结构的影响。设置了25℃(对照)、35℃、40℃和45℃等不同高温处理,测定了短期(6h)和长期(15d)高温条件下,S.javanicum的光合活性、光合色素、多糖含量和丙二醛含量以及细胞超微结构的变化。结果表明,S.javanicum最大光化学量子产量Fv/Fm和PSII有效光化学量子产量ΦPSII在35℃下表现出最大值。40℃高温明显抑制藻体叶绿素a合成,35℃处理促进了叶绿素a合成(高于对照值),而40℃处理明显促进了藻体类胡萝卜素合成,高于对照处理和35℃处理。随温度升高,S.javanicum丙二醛、胞内可溶性糖和胞外多糖含量呈现出逐渐增大的趋势。透射电镜切片显示,40℃高温明显破坏了藻体细胞超微结构,如原生质体出现絮状形态和空泡化,35℃处理则有利于细胞形态结构的保持和稳定。以上结果初步证实了S.javanicum能够较好地耐受适当的高温(35℃)。研究对于了解S.javanicum对高温环境的耐受程度及对高温的适应性具有一定的理论意义,并对利用荒漠蓝藻治理荒漠化具有实际指导价值。