发菜氨基酸成分的初步研究

发菜(Nostoc flagelliforme)属念珠藻科蓝绿藻属,藻体细长,黑绿色,呈毛发状。发菜是一种珍贵的食品。我国内蒙古、甘肃、宁夏、青海和新疆等省盛产发菜,每     

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。       

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。     

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℃)。       

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。     

利用16S rRNA基因分析3种念珠藻的亲缘关系

通过基因克隆和序列测定,获得了地木耳、发菜和葛仙米的16S rRNA序列。以集胞藻为外类群,采用邻接法(NJ)和最大简约法(MP),对14株念珠藻的16S rRNA基因序列进行系统发育分析,两种方法得到的系统发育树基本一致。结果显示:(1)三者间的遗传距离(0.0129~0.0261,平均值0.0203)均大于普通念珠藻的种内遗传距离(0.0007~0.0118,平均值0.0074),超过了种内差异程度,在系统树中这3种念珠藻分别聚簇在不同的分支上;(2)地木耳、发菜和葛仙米与裂褶念珠藻等其它7种念珠藻间的遗传距离(0.0423~0.0996,平均值0.0561)大于三者间的遗传距离,在系统树中聚类较近,而与其它念珠藻聚类较远。据此,可将地木耳、发菜和葛仙米归为念珠藻属3个不同的种,并且它们的亲缘关系较近。     

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。     

水分对发状念珠藻生理活性的影响

研究了水分对发状念珠藻(Nostor flagelliforme Born.et Flah.)生理活性的影响作用。结果表明：干藻体在湿润的过程中,呼吸、光合和固氮活性依次恢复;且随水分含量的增加,光合活性和固氮活性逐渐增强,呼吸作用缓慢减弱并在一定水平上保持相对稳定,自由水是束缚水8倍左右时发菜生理活性全面恢复。吸水饱和的藻体在干燥过程中,光合、呼吸、固氮作用依次停止;呼吸作用随水分的丧失逐渐下降;固氮活性、光合活性在水分丧失20％～40％时有一定程度的增强,出现活性高峰;此后,生理活性下降,水分完全丧失时,光合作用终止,呼吸和固氮作用极其微弱。试验证明,水分是发状念珠藻生理活性的重要限制因子,适宜的水分有助于发菜维持正常的生理代谢和生长。     

发菜藻蓝蛋白基因克隆及原核表达

发菜（Nostoc flagelliforme）是一种陆生固氮蓝藻,具有重要的经济和生态价值。运用双向电泳技术、MALDI-TOF-TOF/MS鉴定和数据库检索,获得藻蓝蛋白部分氨基酸序列并设计简并性引物,克隆藻蓝蛋白基因并研究其表达。结果表明,发菜藻蓝蛋白α和β亚基两个基因的编码序列及两者之间的间隔序列全长为1097bp,编码β亚基和α亚基的基因序列全长分别为519bp和489bp,β亚基基因序列位于α亚基基因序列上游,两者之间通过89bp的基因片段连接,GenBank登录号为GU549478,并对推译的α和β亚基三维结构进行了预测。将藻蓝蛋白的α和β亚基基因在大肠杆菌中表达,获得了符合预期的外源重组蛋白。研究结果为进一步研究发菜藻蓝蛋白的分子结构及生物学功能奠定了基础。     

发菜(Nostoc flagelliforme)培养条件的研究

研究了光照强度、日供水次数、CO2浓度和培养基成分对发菜生长的影响。结果显示,中度光强(114μmol.m-2.s-1)下发菜生长最快;发菜的生长基本同供水次数成正相关系;CO2浓度的升高并没有显著促进发菜生长,低光条件下(57μmol.m-2.s-1),高浓度的CO2(2800μL/L)抑制了发菜的生长;用BG11培养的发菜生物量的增长显著高于用BG110培养的;BG11培养基中K+和CO32-的缺失并没有显著影响发菜的生长。     

内蒙古四子王旗地区发菜的分布

本文论述了内蒙古四子王旗地区发菜的分布和生态特性。本区发菜由南至北随年平均降水量的减少和海拔高度的降低而增多。在南部典型草原区和中部荒漠草原区发菜呈零星分布;在北部以珍珠柴、红沙为建群种或优势种的小半灌木荒漠区发菜集中分布。发菜对干旱的环境条件适应能力极强,具有耐干旱高温、耐盐碱贫瘠、可以有效地利用低光强的弱光,但不耐长期水湿的生态特性。钙元素和发菜生长关系密切,钙质土是发菜生长和分布的土壤条件。最后,对保护和开发利用野生发菜资源,提出了一些看法。     

阳光紫外辐射对室内水培发状念珠藻生理特性的影响

发状念珠藻（Nostoc flagelliforme Bornet & Flahault）是一种重要的陆生经济蓝藻,室内培育出的原植体如何适应阳光辐射的问题尚需探讨。为此,作者将室内水培发菜置于阳光下培养,测定了其生长、有效光化学效率（F/Fm΄）和色素的变化。结果表明,较高的可见光（PAR,395－700 nm）和紫外辐射（UVR,280－395 nm）均导致水培发菜的F/Fm΄下降。第1天中午,PAR和UVR分别使F/Fm΄下降了54％和13％;傍晚,F/Fm΄有部分恢复。UVR对发菜适应阳光2d后的生长无负面作用。发菜在适应全阳光辐射期间,紫外吸收物质（Scytonemin和Mycosporine-like amino acids）含量不断增加,9d后,分别增加了124倍和9倍。这些紫外吸收物质的增加对发菜细胞降低光抑制,适应阳光辐射,起到了重要作用。本研究的结果可为水培发菜室外培养方法的建立提供一定的理论依据。     

发菜的生物学特性及资源保护

本文论述了发菜的外部形态、内部结构及生长繁殖方式等生物学特性,并探讨了发菜的适应性。研究结果表明,发菜具有典型旱生植物的生理特性和结构特征,耐干旱、耐炙热、耐严寒、耐贫瘠、嗜阳光、嗜盐碱,而不耐强盐碱和长期湿期环境。另外还分析了发菜资源面临枯竭的原因,并对其保护提出了建议。     

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。     

两种发菜培养体系的筛选

采用两种培养液,其中加入不同激素,并设置一定的浓度梯度,观察其对发菜生长及含氮量的影响。初步结果表明;培养液2中的发菜生长情况优于培养液1中的,不仅发菜增长率高,解体程度也低;两种培养液中的均是加入5mg/L NAA的发菜生长最好,培养液2的平均增长度达19.8%,培养液1的达10.7%;培养液2中的发菜的含氮量高于培养液1中的,但含氮量与激素种类和浓度无相关性。     

发菜固氮基因nifD和nifK克隆及其失水条件下的差异表达

nifD和nifK编码钼铁固氮酶中的钼铁蛋白。为了解发菜nifD和nifK分子信息及对水分胁迫的响应机制,该研究设计了简并性引物克隆发菜nifD和nifK全长,进行原核表达和生物信息学分析,并对不同失水状态下发菜nifD和nifK在转录水平的差异表达和固氮酶活性的变化进行分析。结果表明,发菜nifD和nifK全长分别为1 443 bp和1 536 bp (登陆号为分别为KU886164和KU886165);将nifD和nifK在大肠杆菌中表达,分别获得一个约57 kD和58 kD的外源蛋白;生物信息学分析表明,nifD和nifK核苷酸序列和推译的氨基酸序列均与点形念珠藻(Nostoc punctiforme PCC 73102)高度一致性;nifD和nifK的二级结构主要有α-螺旋、β-折叠、β-转角和随机卷曲。此外,随着藻体含水量的逐渐降低,发菜nifD和nifK在转录水平上的表达量逐渐增加,但固氮酶活性呈现先增加后下降的趋势。研究结果为深入全面研究发菜固氮酶基因结构及其响应水分胁迫的固氮机理及氮代谢途径提供了基础。     

油蒿植物群落与固沙造林关系的研究 兼论用该群落在沙坡头建立人工植被的可能性

本文研究了油蒿(Artemisia ordosica)植物群落的分布、固沙作用以及在利用油蒿植物群落进行固沙造林中值得注意的问题,并论证了用油蒿群落在沙坡头建立人工植被固沙的可能性。研究表明,油蒿植物群落是我国沙漠地区最大的植物群落之一,它广泛分布在甘肃、宁夏、陕西、内蒙等省区的固定、半固定沙地上。天然的油蒿群落,它在固沙上起着重要作用;宁夏、陕西、内蒙等地用人工建立起来的油蒿群落,它的固沙作用也十分显著。     

苏尼特左旗发菜资源的利用及保护

介绍了发菜资源在内蒙古自治区苏尼特左旗的分布情况和发菜产地的植被类型与地貌特征。记述了当地蒙古族群众对发菜认识与利用的历史,以及最近20多年大规模采搂史的全过程。根据对产地实地调查研究的结果,认为发菜生长的必须条件是稳定的表层粘土,发菜生物量的限制条件是降水,并就采搂发菜对于草场的利与弊,发菜产地萎缩的主要原因作了具体分析,最后提出了建立“发菜自然生态保护区”的设想。     

发菜RNA-seq转录组分析及耐旱相关基因筛选

发菜是一种陆生耐旱固氮蓝藻,具有重要的生态和资源价值,但目前发菜的基因组和转录组信息还比较缺乏。本研究采用Illumina Hi Seq TM 2500高通量测序平台对充分吸水和失水后的发菜藻体进行转录组分析,经过拼接组装共获得30 013 560条clean reads,3 100个Unigene,序列平均长度854 nt。将Unigene序列与NR、NT、Swiss-Port、PFAM、GO、COG、KEGG(E-value1.0E~(-5))等数据库进行比对,共有2 874个Unigene获得了注释。通过GO功能分类,917个Unigene映射到GO不同功能节点上;通过Unigene与COG数据库的比对,可将有COG功能的514个Unigene分为20类;通过KEGG pathway分析,有1 220个编码基因参与了135条已知的代谢通路。提示谷胱甘肽、类胡萝卜素、淀粉和蔗糖、ABC转运体等代谢途径的部分基因在失水藻体上调表达,说明这些通路与发菜耐旱性关系密切。因此这些注释信息为今后发菜耐旱基因的挖掘提供了重要依据,同时也为发菜分子生物学的进一步研究提供了试验基础。     

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.