《植物与细胞生理学》：研究阐明浒苔对环境胁迫响应分子机制

近日,中国科学院海洋研究所的研究人员在浒苔生物学研究取得重要进展,阐明了浒苔对环境胁迫响应的分子机制和“绿潮”发生时漂浮浒苔的生理状,为全面认识由浒苔引发的海洋”绿潮”现象提供了重要理论基础。相关研究成果发表在在国际期刊《植物与细胞生理学》（Plantand Cell Physiology）上。     

渤海浒苔属绿藻调查

于2009年至2010年对渤海及其周边10个沿海城市和6个岛屿的浒苔属绿藻进行了调查,初步确定该海区缘管浒苔、肠浒苔、扁浒苔、浒苔、条浒苔5个种类的地理分布情况。并对生物量进行了评估。与历史资料相比,渤海中辽东湾、渤海湾和莱州湾三个湾内的浒苔多样性和生物量下降明显或保持较低水平,湾周边地区则维持较高水平。此外,在近海人工基质上,以浒苔属为主的绿藻相对于红藻、褐藻分布更为广泛。     

科研快讯

《植物与细胞生理学》:研究阐明浒苔对环境胁迫响应分子机制近日,中国科学院海洋研究所的研究人员在浒苔生物学研究取得重要进展,阐明了浒苔对环境胁迫响应的分子机制和"绿潮"发生时漂浮浒苔的生理状,为全面认识由浒苔引发的海洋"绿潮"现象提供了重要理论基础。相关研究成果发表在在国际期刊《植物     

黄海绿潮漂移过程中浒苔挥发性风味物质研究

2007年以来,浒苔绿潮灾害年度周期性由江苏近岸向山东近海漂移,对黄海海域生态环境和生态安全造成严重威胁,如何利用大规模漂浮浒苔生物量,实现变害为宝迫在眉睫。为了探究黄海绿潮漂移过程中优势种浒苔挥发性风味物质的差异,本研究利用顶空固相微萃取(HS-SPME)和气相色谱-质谱联用技术(GC-MS),对绿潮漂移过程中的8个区域浒苔的挥发性成分进行提取和分析,共检测出包括醛类、醇类、酯类、酚类、酮类、烯类、烷类及其他化合物等187种物质;其中,这8个区域浒苔分别检测出72、64、49、53、34、48、41和54种化合物。通过对绿潮浒苔香气成分在水中的阈值和化合物含量分析,发现绿潮在向北漂移过程中,主体香气成分发生变化,每个区域浒苔均呈现独特的风味,总体上南黄海绿潮漂移早期浒苔风味品质较好。本研究为绿潮浒苔食品风味研发和资源化利用提供了数据支撑。     

基于全局灵敏度分析的浒苔生长影响参数研究

近年来,以浒苔为主的绿潮灾害频发。构建了浒苔生长模型,以定量分析浒苔生长过程,探索浒苔爆发机理。参数不确定性是模型不确定性的主要来源,以参数灵敏度分析为基础的参数优化有利于提高模型精度,采用Morris方法对模型涉及的主要参数进行了全局灵敏度分析,以研究浒苔生长的主要影响参数。不同于其他有关大型绿藻的模型模拟,模型同时考虑了幼体浒苔和成熟浒苔的生物量变化,并修正了营养盐限制函数以及温度计算函数。全局性的参数灵敏度分析结果表明,最适温度(T_(opt))、光合作用最适光强(Is)、最大发芽率(G_(max))、浒苔生长所需的氮含量的半饱和系数(kqn)、最大氮摄取率(V_(maxn))这5个参数在浒苔生长模型中具有较大灵敏性。其中,T_(opt)影响最大,Is和V_(maxn)其次,说明浒苔生长主要受温度光照和氮含量限制。相较于局部灵敏度分析仅关注单个参数变化、依赖于初值选取等缺陷,全局灵敏度分析同时从各个参数的取值范围上分析参数对模型结果的影响,能揭示参数之间相互作用的影响。此外,灵敏度较大的参数往往和其他参数之间存在较大相关性。     

基于线性混合模型和NDVI阈值法的MODIS影像黄海浒苔监测

水体富营养化等原因,导致浒苔(Enteromorpha prolifera)灾害自2007年在中国黄海海域频发,成为黄海最严重的生态灾害。卫星遥感具有大范围监测、瞬时优势,成为浒苔灾害最重要的监测手段之一。中分辨率成像光谱仪(moderate-resolution imaging spectroradiometer,MODIS)影像因其幅宽大、时间分辨率高、免费分发,成为浒苔业务化监测的主要数据源。由于空间分辨率(250 m)较低,混合像元的存在导致传统阈值法获取的浒苔面积误差较大。本文结合线性混合模型(linear mixing model,LMM)和归一化差值植被指数(normalized different vegetation index,NDVI)阈值法对250 m空间分辨率的MODIS影像进行浒苔面积提取。选择1个大区及其内部3个小区,以准同步5.8 m空间分辨率资源三号(ZY-3)卫星影像提取浒苔结果为准进行精度评价。发现NDVI阈值为0.04提取的浒苔像元对线性混合模型分解结果掩膜所得浒苔面积误差最小,大区及其3个小区的误差分别是7.86%、14.59%、-7.65%、-0.15%。应用本文提供方法可有效排除浒苔混合像元和非浒苔像元对浒苔面积信息提取的干扰,与阈值法相比大幅提高了反演精度,且在不同区域精度较稳定,可为浒苔生态灾害的处置决策和评估提供支撑。     

大型绿藻浒苔转化表达系统选择标记的筛选

主要研究了条浒苔对抗生素氯霉素和除草剂Basta的敏感性,以确定适合的阳性选择标记基因。应用不同浓度氯霉素(0、25、50、75、100、125μg/ml)和Basta(0、5、12.5、25、37.5、50μg/ml)对不同发育时期条浒苔细胞存活率影响进行了测定。实验结果表明:不同发育时期条浒苔对氯霉素和Basta的敏感性不同。其中最大浓度125μg/ml浓度的氯霉素在15d内对条浒苔孢子和小苗两个不同发育时期的细胞均难以达到全部杀死效果,相对存活率仍分别为1%和20%;而Basta对条浒苔孢子和小苗均具有很强的杀生作用,其中5μg/ml浓度的Basta在3d内可将条浒苔孢子全部杀死,12.5μg/ml浓度下约一周时间可以将浒苔小苗全部致死。本实验结果提示bar基因有可能成为浒苔基因工程较理想的选择标记基因。     

酶解条浒苔蛋白制备抗肺癌活性多肽

为了开发利用绿潮藻类条浒苔中含量丰富的蛋白质,采用木瓜蛋白酶酶解条浒苔蛋白,最佳酶解条件为:料液比1∶25、加酶量1 250 U/g pro、温度45.7℃、pH 7.2、震荡酶解时间120 min。在该条件下的酶解多肽经超滤分离获得不同分子量区间的多肽,并通过HUVEC、A549、H446、H460等细胞水平初步评价酶解条浒苔制备多肽抗肺癌的细胞生物学效果。结果表明,经上述条件获得的2-6 kD条浒苔多肽处理的HUVEC在抗氧化和小管形成等方面均受到抑制,其处理的NCI-H460、NCI-H446和A549的增殖、细胞周期、迁移也受到不同程度抑制,且能够促进细胞凋亡;2-6 kD浒苔多肽对H446、H460作用效果显著优于对A549的作用。这一细胞水平研究,不仅证实了酶解条浒苔获取新型天然抗肿瘤小肽的可行性,也为条浒苔蛋白质资源高值化利用探索提供了新的途径。     

缘管浒苔和浒苔对海水盐度胁迫的生理响应

为探讨大型海藻对盐度的生理响应及其适应机制,以缘管浒苔和浒苔为试验材料,研究了不同盐度的稀释或浓缩海水处理10 d对浒苔属植物鲜质量(FM)、相对生长速率(RGR)、相对电导率(REC)、叶绿素含量(Chl)、类胡萝卜素含量(Car)、色素比值(Chl a/Chl b、Chl/Car)、叶绿素荧光参数和渗透调节能力(OAA)的影响.结果表明:与对照相比,10％ ～ 200％海水处理均明显促进两浒苔属品种的FM和RGR,缘管浒苔和浒苔分别在100％和50％海水处理下的FM和RGR达到最大值;300％海水处理显著抑制两浒苔生长,缘管浒苔受抑制程度较大;缘管浒苔的生物量仅在50％、100％海水处理下呈现正增长,浒苔生物量在10％、50％、100％、200％海水处理下均呈现正增长.10％海水处理下,两浒苔的Chl、Car、Chl a/Chl b显著上升,且随海水盐度的增加,呈现先增后降,缘管浒苔和浒苔的Chl、Car、Chl a/Chl b分别在100％、50％海水处理下达到最大值.随盐度的增加,叶绿素荧光参数PSⅡ最大光能转化效率(Fv/Fm)、PSⅡ实际光能转化效率(Yield)、最大相对电子传递速率(rETRmax)、光能利用效率(α)和半饱和光强(Ik)都显示与Chl相同的变化趋势.10％ ～ 300％海水处理下,浒苔属均表现出一定的OAA,缘管浒苔在100％海水处理下,OAA达到最大值,浒苔在50％海水处理下,OAA达到最大值.两浒苔的生长指标除与Chl/Car无明显的相关性,与REC呈极显著负相关,与Chl、Car、Chl a/Chl b、Fv/Fm、Yield、rETRmax、α、Ik、OAA呈极显著正相关.100％和50％海水处理分别对缘管浒苔和浒苔的生长最适宜,浒苔生长适应盐度的范围比缘管浒苔宽.REC、Chl、Car、Chl a/Chl b、Fv/Fm、Yield、rETRmmax、α、Ik和OAA均可以作为浒苔属植物生长盐适应性的评价指标.     

两种浒苔无机碳利用对温度响应的机制

为了探讨温度对大型海藻无机碳利用机制的影响,选择了潮间带常见的绿藻缘管浒苔 （Ulva linza）和浒苔（Ulva prolifera）为实验材料,研究了碳酸酐酶抑制剂乙酰唑磺胺（AZ）和己氧苯并噻唑磺胺（EZ）在不同的温度下对藻体光合作用的影响。实验设置6个温度梯度（5、10、15、20、25和30℃）。结果表明,缘管浒苔和浒苔都有很强的无机碳利用能力,而温度对此有显著的影响。但他们之间存在明显的种间差异。缘管浒苔对温度的依赖性要强于浒苔,其对温度的适应范围要窄于浒苔,尤其是在高温下（30℃）,缘管浒苔的最大光合作用能力与最适温度相比下降了56%,而浒苔仅为20%,这表明在高温的情况下,浒苔比缘管浒苔具有更强的生存适应能力,这是浒苔能够在绿潮藻占有绝对优势的原因之一。对缘管浒苔来说,在低温（5℃）和高温（30℃）时,无机碳的转运主要是通过胞外碳酸酐酶的催化作用,而在15℃时,加入胞外碳酸酐酶的抑制剂对无机碳的转运没有明显的影响,这表明在此温度下其他无机碳转运形式可以有效补偿胞外碳酸酐酶的作用。在其他的温度下,胞外碳酸酐酶和其他无机碳转运方式各占一定的比例。而对于浒苔来说,在低温5℃时,其他无机碳转运形式占主要作用,而从10℃开始,胞外碳酸酐酶作用比例显著增加,并且保持在相同的水平上。     

条浒苔和缘管浒苔对镉胁迫的生理响应比较

为探讨大型海藻对重金属胁迫的生理响应及耐受机制,以条浒苔（Enteromorpha clathrata）和缘管浒苔（Enteromorpha linza）为试验材料,研究了不同浓度的镉（Cd2 ）处理7天对两个浒苔品种的生长、叶绿素（Chl）和类胡萝卜素（Car）含量、叶绿素荧光参数以及可溶性糖（SS）和可溶性蛋白含量（SP）的影响。结果表明：随着Cd2 浓度的增加,条浒苔和缘管浒苔鲜重和相对生长速率（RGR）与对照相比显著下降,且条浒苔的鲜重和RGR降低幅度大于缘管浒苔。镉胁迫下,叶绿素和类胡萝卜素含量、叶绿素a/叶绿素b（Chla/Chlb）、PSⅡ最大光能转化效率（Fv/Fm）、PSⅡ实际光能转化效率（Yield）、最大相对电子传递速率（rETRmax即Pm）和光能利用效率（α）、可溶性蛋白含量随着Cd2 浓度的升高均出现下降趋势,除了叶绿素外,条浒苔的其它指标的降幅要大于缘管浒苔。随着镉胁迫强度的增加,浒苔可溶性糖含量呈现逐渐显著上升。上述表明,条浒苔和缘管浒苔对Cd2 胁迫均具有一定的适应能力,且缘管浒苔耐镉性高于条浒苔。在镉胁迫下,维持较高的Car含量、Chla/Chlb、Fv/Fm、Yield、rETRmax、α、SS含量、SP含量是缘管浒苔耐镉性高于条浒苔的主要原因。     

2007年夏季青岛石莼科(Ulvaceae)绿藻无机元素含量分析

2007年夏季对青岛沿海石莼科绿藻,包括定生石莼Ulva、定生浒苔Enteromorpha以及漂浮浒苔Enteromorpha进行了样本采集,针对其17种金属元素和3种非金属元素进行了含量分析与比较。结果表明,石莼科绿藻对铅、镉、铜、砷、锌等元素有较强的富集作用,可以作为海洋环境的藻类指示生物。另外,漂浮浒苔中多种元素含量明显少于定生种类,特别是铁、铝、磷等元素含量差别非常悬殊,最高可达100倍;相反的是,漂浮浒苔的钙元素含量接近于定生种类的两倍。上述结果可为石莼、浒苔等大型绿藻的加工利用提供参考。     

24-表油菜素内酯和盐度对浒苔生长和生理活性的影响

为探讨低温条件下外源植物激素和盐度变化对浒苔光合生理的影响,本文选取浒苔为供试材料,研究24-表油菜素内酯和盐度对其生长、光合色素、叶绿素荧光参数、抗氧化活性和可溶性蛋白含量的影响.结果表明: 与正常盐度(近岸海水盐度为25)相比,浒苔的生长在盐度10处理下显著增加,增幅为45.9%,但在盐度5处理下显著降低.盐度5处理的浒苔比其他盐度处理具有较高的Chl a和可溶性蛋白.24-表油菜素内酯(0.2 mg·L^-1)的加入显著抑制了浒苔的生长,尤其在盐度25处理下,浒苔呈现负增长的趋势,并大量释放孢子(配子),有效光化学效率、超氧化物歧化酶酶活性和可溶性糖含量明显降低,但可溶性蛋白含量显著增加.即在温度15 ℃条件下,可通过适当降低盐度促进浒苔的生长;在盐度25条件下,可通过添加24-表油菜素内酯促进孢子(配子)释放,为浒苔的大规模养殖提供原材料.     

拟浒苔在澄江生物群中的发现及其生态学意义

报道了早寒武世澄江生物群中的一种新的化石藻类－肠拟浒苔（Enteromophites intestinalis sp.nov）,丰富了对该时期生物多样性的认识,通过现生浒苔属和石拟苔属藻类形态学的研究表明,这两个属在系统演化上可能有密切的亲缘关系,并阐述了澄江生物群可能发生了一个海水环境。     

浒苔遥感监测研究进展

浒苔大规模集聚形成的绿潮灾害是海洋生态系统主要生态环境问题之一,基于卫星遥感影像监测浒苔及其扩展动态已成为一种及时有效的手段。对国内外浒苔遥感监测方面文献进行归纳整理,认为光学遥感数据、多波段比值法是最常用的遥感数据和监测方法。对遥感监测浒苔机理进行了阐述,并对分类方法进行评价认为监督分类法解译精度不高。目前单波段阈值法和多波段比值法应用广泛,但在监测漂浮浒苔和混合象元解译存在不足。辐射传输模型法能有效提高信息解译的精度,但还处于起步阶段。遥感监测浒苔灾害的未来发展需要提高影像空间分辨率,深入研究监测方法,进行多种平台和多源遥感数据相结合,并由定性走向定量,从而建立健全遥感监测预警系统。     

两种饵料条件下点篮子鱼幼鱼酶活力及其消化道菌群比较

以点篮子鱼(Siganus guttatus)幼鱼为研究对象,分别用人工饲料和浒苔(Enteromorpha prolifera)进行饲喂,采用高通量测序技术结合生化分析方法,系统对比两种饵料对点篮子鱼(Siganus guttatus)幼鱼肝脏及消化道相关酶活力和消化道菌群的影响。结果显示,浒苔组点篮子鱼幼鱼虽然生长性能低于人工饲料组,但其淀粉酶活性更高,点篮子鱼对浒苔有良好的摄食和消化能力,浒苔足以满足点篮子鱼生长的需求;此外浒苔组点篮子鱼幼鱼消化道碱性磷酸酶、超氧化物歧化酶活性均显著高于人工饲料组,表现出了更高的免疫和抗氧化能力。在两种饵料条件下,菌群多样性随消化道延伸呈上升趋势,点篮子鱼幼鱼消化道菌群组成与饵料有关,变形菌门(Proteobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)和拟杆菌门(Bacteroidetes)为共有优势菌门;浒苔组消化道菌群整体多样性较饲料组高,组成结构更加丰富多样,有利于鱼类的生长。研究结果表明点篮子鱼摄食浒苔具有良好的可行性基础,生态价值显著,值得深入研究与推广。     

2008年夏季青岛近海浒苔无机元素含量分析

2008年夏季对青岛近海栈桥、汇泉湾和五四广场三个海域的漂浮浒苔进行了样本采集,针对其12种无机元素进行了含量分析与比较,并与2007年夏季三个海域的浒苔的无机元素含量进行了比较。结果表明,2008年采自汇泉湾海域的漂浮浒苔的Ca,Cu,N,Na和P含量在三个海域中最高,而采自五四广场的漂浮浒苔的Fe,Mn,Pb和Zn含量最高,Cd,K和Mg的含量在三个海域的水平相差不大。与2007年相同海域比较,2008年的漂浮浒苔更富含Fe,K,Mg,Mn,Na和P。另外,与海带和紫菜比较,浒苔中的Fe,Mg和Na含量较高,而P和Zn含量较低,Ca和K含量,低于海带而高于紫菜中的含量;有害元素Cd和Pb含量远低于相应的藻类制品卫生标准（GB19643—2005）和无公害产品海藻（NY5056-005）中的限量要求。结果从无机元素角度为浒苔的综合利用提供数据支持。     

肠浒苔多糖的羧甲基化修饰及其抗氧化活性研究

该研究采用氢氧化钠-氯乙酸的化学反应体系制备羧甲基化肠浒苔多糖,以获得不同取代度的羧甲基化肠浒苔多糖,取代度的大小受氢氧化钠浓度、反应温度和反应时间的影响。结果表明:(1)当氢氧化钠浓度20%、反应温度60℃、反应时间3 h时,得到羧甲基化的最大取代度为0.781。(2)通过体外抗氧化来评价不同羧甲基化肠浒苔多糖的抗氧化活性。(3)当羧甲基化肠浒苔多糖的浓度为1.6 mg·mL~(-1)时,羧甲基化肠浒苔多糖清除羟基自由基、超氧阴离子自由基的能力分别为44.45%、51.98%,其清除DPPH自由基清除率和还原能力分别为16.75%、0.457 6。(4)与修饰前的相比,羟基自由基、超氧阴离子的清除能力均有较大幅度提高,羧甲基化修饰对肠浒苔多糖的DPPH自由基和还原力有减弱作用。以上结果表明,羧甲基化修饰引起的肠浒苔多糖的结构变化可以提高其抗氧化活性。     

温度和盐度对浒苔生长和光合生理特性的影响

为研究海水盐度和温度对大型海藻光合生理影响的复合效应,选取浒苔（Ulva prolifera）为实验材料,探讨不同温度（22℃和15℃）和不同盐度（25和10）对浒苔的相对生长速率、色素含量、叶绿素荧光参数、超氧化物歧化酶（SOD）活性、可溶性蛋白含量等影响。结果表明:在低温条件下,盐度对浒苔生长的影响不显著,而在正常温度条件下,盐度降低显著降低了浒苔的生长;在低盐条件下,尽管差异不显著,温度降低呈现出促进浒苔生长的趋势,但在正常盐度条件下,低温降低了浒苔的生长。相对于温度变化,盐度变化对浒苔潜在的光合效率（F_v/F_m）影响不明显,但低温低盐处理下浒苔具有较高的效光化学效率（F_v’/F_m’）、光能利用效率（α）、非光化学淬灭（NPQ）、SOD酶活性及可溶性蛋白含量。     

水杨酸对浒苔生长和生理特性的影响

为探讨水杨酸(SA)对不同增殖方式来源的浒苔生长和生理特性的影响,本文选取营养繁殖得到的浒苔(VU)和孢子/配子繁殖得到的浒苔(SU)作为供试材料,设置不同的水杨酸浓度,测定两种浒苔的生长、叶绿素荧光、超氧化物歧化酶(SOD)和可溶性蛋白含量等生理指标.结果表明: 低浓度水杨酸可以促进VU和SU的生长,对VU促进效果更为显著;在0.2 μg·mL^-1水杨酸浓度下,VU相对生长速率达到最大值21.0%,且与SU相比,VU最大光化学效率提高了9.8%.水杨酸对两种浒苔的SOD活性影响较大,在水杨酸浓度为0.2、0.5 μg·mL^-1下,VU的SOD活性增幅分别达52.0%、198.6%,SU的SOD活性增幅分别达54.1%、38.0%.水杨酸促进了浒苔的相对电子传递速率、光合作用和蛋白质含量.水杨酸对两种增殖方式来源的浒苔的生长均有促进作用,尤其是对VU的促进作用更为明显.