【摘要】：東海原甲藻是我國近岸海域的代表性浮游植物藻華種。該種在我國東南沿海頻繁引發(fā)大規(guī)模藻華,不僅對海洋生態(tài)系統(tǒng)造成嚴(yán)重破壞,對沿海海域生物資源、水產(chǎn)養(yǎng)殖以及公眾健康也造成了嚴(yán)重危害。盡管目前對其形態(tài)分布、生理生態(tài)、分子鑒定以及表達(dá)序列等方面開展了廣泛的研究,但對其碳同化機(jī)制的研究尚未開展,一定程度上限制了我們對其藻華形成機(jī)制的認(rèn)知。本論文以東海原甲藻為研究對象,綜合運(yùn)用qPCR、穩(wěn)定同位素比質(zhì)譜和生理生態(tài)學(xué)方法,研究東海原甲藻的碳同化機(jī)制及其對不同環(huán)境的響應(yīng)機(jī)理,重點(diǎn)研究不同CO2濃度、不同溫度以及不同氮培養(yǎng)條件下,參與調(diào)控C3和C4同化途徑的基因及其表達(dá),結(jié)合碳同化酶活性和自然豐度碳穩(wěn)定同位素分析,探討東海原甲藻碳同化途徑對不同環(huán)境條件變動的響應(yīng)機(jī)理。主要研究結(jié)果如下:(1)比較研究了不同CO2濃度條件下東海原甲藻的碳同化機(jī)制。東海原甲藻既可以利用HCO3-也可以利用CO2,但對二者利用的優(yōu)先性存在差異。充氣條件下CO2充足,東海原甲藻優(yōu)先利用CO2作為無機(jī)碳源,藻細(xì)胞生長到達(dá)穩(wěn)定期時(shí)的細(xì)胞密度更高,且細(xì)胞活力更高;不充氣條件下,水體中無機(jī)碳濃度隨生物量增加而顯著降低,此時(shí)東海原甲藻同時(shí)利用CO2以及HCO3-,細(xì)胞的碳酸酐酶(CA)、磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)以及磷酸烯醇式丙酮酸羧化激酶(PEPCK)的表達(dá)量和酶活性均顯著上調(diào),藻細(xì)胞顆粒性有機(jī)碳的δ13C比重增加且接近于海水中δ13C比重,證明東海原甲藻細(xì)胞中存在C4途徑,且在低CO2濃度時(shí)高表達(dá);(2)比較研究了不同溫度條件下東海原甲藻的碳同化機(jī)制。東海原甲藻在19℃～28℃范圍內(nèi)均能正常生長,但不同溫度下藻細(xì)胞的生理狀態(tài)以及碳同化機(jī)制存在差別。當(dāng)溫度在19℃～25℃范圍內(nèi)變動時(shí),升溫將導(dǎo)致藻細(xì)胞的生長速率以及細(xì)胞活力顯著增加,細(xì)胞的有機(jī)碳和有機(jī)氮含量降低,同時(shí)CA、PEPC和PEPCK的表達(dá)量和酶活性均升高,表明升溫導(dǎo)致東海原甲藻碳濃縮機(jī)制(CCM)和C4途徑均顯著上調(diào);細(xì)胞內(nèi)1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶(RubisCO)基因表達(dá)量降低而酶活性增加,低溫條件下RubisCO的轉(zhuǎn)換速率降低,需要增加表達(dá)量來滿足其光合固碳需求。溫度繼續(xù)增加至28℃時(shí),東海原甲藻細(xì)胞生長速率不變,細(xì)胞活力顯著降低,細(xì)胞內(nèi)光合色素含量顯著增加,同時(shí)RubisCO、CA、PEPC以及PEPCK的表達(dá)量和酶活性均降低。這些結(jié)果表明,25 ℃為東海原甲藻的最適生長溫度;(3)比較研究了氮限制以及不同氮源條件下東海原甲藻的碳同化機(jī)制。氮限制顯著降低了東海原甲藻細(xì)胞的生長速率、細(xì)胞活力以及光合色素含量等,同時(shí)RubisCO、CA、PEPC和PEPCK的表達(dá)量及酶活性均顯著降低。東海原甲藻能夠有效利用硝酸鈉、氯化銨和尿素維持細(xì)胞生長,東海原甲藻細(xì)胞生長速率、細(xì)胞活力、光合色素含量以及細(xì)胞內(nèi)有機(jī)碳和有機(jī)氮含量均無顯著差別,但其碳同化途徑表達(dá)模式存在顯著不同。以硝酸鈉和氯化銨為氮源時(shí),藻細(xì)胞的碳同化途徑無顯著差別;以尿素為氮源時(shí),CA、PEPC和PEPCK的表達(dá)量及酶活性均顯著降低,而RubisCO的表達(dá)量及酶活性則保持不變,表明東海原甲藻可以利用尿素降解生成的CO2,并顯著下調(diào)胞內(nèi)無機(jī)碳濃縮途徑的基因表達(dá)。
【圖文】：

ｃｅＳｍ，，２下的東海原甲藻生長速率無顯著差別（Ｐ＞0．0５），，第６天開始二者生長開始出現(xiàn)逡逑差別，充氣體系中的藻細(xì)胞密度（４４，９５０邋ｃｅｌｌｓ／ｍＬ）略低于不充氣體系（５７，６００逡逑ｃｅｌｌｓ／ｍＬ），同時(shí)二者都進(jìn)入指數(shù)生長期。未充氣體系的東海原甲藻第９天到達(dá)穩(wěn)逡逑定期，藻細(xì)胞密度為１３１，１００邋ｃｅｌｌｓ／ｍＬ，隨后緩慢下降至７３，３３３邋ｃｅｌｌｓ／ｍＬ；充氣體逡逑系中的東海原甲藻則在第１１天到達(dá)穩(wěn)定期，穩(wěn)定期的藻細(xì)胞密度為２２７，０００逡逑ｃｅｌｌｓ／ｍＬ，到達(dá)穩(wěn)定期后的生物量較為平穩(wěn)，保持在２２，０００邋ｃｅｌｌｓ／ｍＬ，只在生長逡逑末期出現(xiàn)少量下降，且其穩(wěn)定期細(xì)胞密度顯著高于未充氣體系（Ｐ＜0．0５）（圖逡逑２．２．１）。逡逑每天相同時(shí)間取樣測定不同培養(yǎng)體系的ＰＳ邋ＩＩ最大光化學(xué)量子產(chǎn)量（Ｆｖ／Ｆｍ）。逡逑培養(yǎng)初期兩組藻細(xì)胞的Ｆｖ／Ｆｍ基本相同且保持相對恒定（約０．６３），第４天起未逡逑充氣體系的Ｆｖ／Ｆｍ開始下降，直至第１４天下降至０．４７。充氣體系的Ｆｖ／Ｆｍ則始逡逑終保持在０．６８左右，只在培養(yǎng)末期下降至０．５９邋（圖２．２．１）。逡逑０．９逡逑

第２章不同Ｃ０２濃度條件下東海原甲藻碳同化機(jī)制研究２．３．２碳穩(wěn)定同位素比值逡逑兩種培養(yǎng)體系中東海原甲藻Ｓ１３Ｃ初始值均為－１８．４４％。，未充氣體系的Ｓ１３Ｃ前４天基本保持在－１８．７１％。，從第５天開始增加直至第９天到達(dá)穩(wěn)定，穩(wěn)的比重為－１３．５４％。，至培養(yǎng)第１２天出現(xiàn)輕微下降，其Ｓ１３Ｃ比重最終為－１５．７０于充氣體系，其Ｓ１３Ｃ比重前４天緩慢下降直至－２２．３６％。，從第５天起保持穩(wěn)定，達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的ＳｎＣ比重為－２１．９５％。（圖２．２．２）。逡逑
【學(xué)位授予單位】：廈門大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：X55

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2629699