【摘要】：隨著全球變暖和水體富營養(yǎng)化程度的加劇,藍(lán)藻水華暴發(fā)的頻率也逐漸增加。念珠藻(Nostoc sp.)是一種絲狀固氮藍(lán)藻,能夠耐受低溫、干旱、強(qiáng)紫外輻射等極端環(huán)境,在全球范圍內(nèi)分布廣泛,水生種主要分布在河流、湖泊、水庫等地。國外已經(jīng)報(bào)道了由水體的富營養(yǎng)化引起的念珠藻水華的發(fā)生,并且在水華期間也檢測到了藻毒素的產(chǎn)生。因此,這種分布廣泛,適應(yīng)能力強(qiáng)的藍(lán)藻也開始引起人們的關(guān)注。磷是組成生物體大分子物質(zhì)的重要元素,在生物體內(nèi)各項(xiàng)生物化學(xué)反應(yīng)中發(fā)揮重要作用。環(huán)境中的磷含量能夠直接影響藻類生物量的大小和藻類群落的結(jié)構(gòu)組成。水體中的溶解性磷主要由溶解性無機(jī)磷(DIP)和溶解性有機(jī)磷(DOP)組成,溶解性無機(jī)磷能夠被藻類直接利用,而溶解性有機(jī)磷則需用相關(guān)酶的水解后才能夠被利用。當(dāng)環(huán)境中的無機(jī)磷被消耗殆盡,藻類對于多種形態(tài)的有機(jī)磷的利用能力顯得至關(guān)重要。因此,本論文以念珠藻作為研究材料,研究了念珠藻在無磷和不同磷源下的響應(yīng)機(jī)制,并進(jìn)一步探究了念珠藻在無磷和不同磷源下與其他藻類的競爭效應(yīng)。研究結(jié)果如下:1.研究了念珠藻在無磷和三種不同磷源(包括:正磷酸鹽(K_2HPO_4)、含C-O-P鍵的磷酸酯(β-甘油磷酸二鈉鹽·五水化合物,β-gly)和含C-P鍵的膦酸鹽(2-氨基乙基膦酸鹽,2-amin))為單一磷源條件下的生理響應(yīng)。結(jié)果表明念珠藻在無磷狀態(tài)下通過利用體內(nèi)儲(chǔ)存的磷源仍可以維持一段時(shí)間的緩慢生長,無磷組中念珠藻的葉綠素a含量、比生長速率、光合效率顯著下降;PSII中反應(yīng)中心活性降低、能量耗散增加、電子傳遞受阻,最終導(dǎo)致光合作用受到抑制;但無磷處理組中念珠藻的胞內(nèi)外堿性磷酸酶含量顯著增高。念珠藻對于不同磷源的利用情況則為:念珠藻在K_2HPO_4和β-gly處理組中生長良好,顯著優(yōu)于2-amin處理組;念珠藻在K_2HPO_4處理組中的比生長速率最高,顯著高于其余兩組有磷源處理,其次是β-gly處理組,2-amin處理組最低(但顯著高于無磷組);三種不同磷源對念珠藻的光合作用無顯著影響。生理實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明念珠藻能夠利用兩種有機(jī)磷但對磷酸酯的利用優(yōu)于膦酸鹽。2.分析了念珠藻對無磷和三種不同磷源(K_2HPO_4、β-gly和2-amin)的轉(zhuǎn)錄組測定結(jié)果,揭示了念珠藻的分子調(diào)控機(jī)制。以正磷酸鹽處理組作為對照組,分析結(jié)果表明,念珠藻在無磷情況下細(xì)胞中一系列與磷吸收利用有關(guān)的基因在Pho雙組份系統(tǒng)的調(diào)控下發(fā)生了上調(diào),包括胞外核酸酶基因(nucH)、膦酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)子基因(phnCDE)、C-P鍵斷裂酶基因(phnJ)以及堿性磷酸酶基因(phoD、phoA)等,念珠藻通過這些基因的上調(diào)加強(qiáng)對環(huán)境中磷的吸收利用。在無磷情況下,念珠藻還通過上調(diào)ppk基因(編碼多聚磷酸鹽激酶)來增加對細(xì)胞內(nèi)儲(chǔ)存的磷源的利用;通過甘油磷酸二酯酶基因(all0275和all1051)的上調(diào)來增加對細(xì)胞膜中磷脂的利用。此外,在光合作用方面,念珠藻細(xì)胞內(nèi)petE基因和psbP基因的顯著下調(diào)也暗示了光合作用的降低,這也與生理組實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符合。除光合作用、磷代謝途徑外,氮代謝、硫中繼系統(tǒng)、谷胱甘酸代謝以及糖代謝均發(fā)生了變化,這也表明念珠藻通過調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)多種代謝途徑來響應(yīng)無磷脅迫。在β-gly處理組中,基因alr2708和alr3724表達(dá)量的增加表明念珠藻細(xì)胞內(nèi)的三羧酸途徑受到促進(jìn),而ndhD和ndhF基因的上調(diào)則暗示了念珠藻細(xì)胞內(nèi)氧化磷酸途徑和電子傳遞的增強(qiáng)。這些途徑的增強(qiáng)表明與正磷酸鹽相比,念珠藻對磷酸酯的利用可能需要消耗更多的能量。在2-amin處理組中,C-P鍵裂解酶基因(phnJ)的存在表明念珠藻具有利用膦酸鹽的能力,但alr3735、all4052、all2563、alr4661、alr3195和alr3798等基因的上調(diào)表明在膦酸鹽處理組中的念珠藻遭受了一定程度的氧化損傷,這可能是念珠藻在膦酸鹽處理組中生長狀況差的原因之一。此外,編碼糖酵解過程中關(guān)鍵限速酶(6-磷酸葡萄糖激酶)的基因-alr1913在不同處理組中表現(xiàn)出了顯著的表達(dá)差異,這也暗示了念珠藻對不同磷源的利用影響了細(xì)胞內(nèi)的糖酵解過程。3.研究了在無磷和不同磷源(K_2HPO_4、β-gly和2-amin)下念珠藻和水華藍(lán)藻-顫藻混合培養(yǎng)以及念珠藻和水華綠藻-柵藻混合培養(yǎng)時(shí)的生長和競爭情況。競爭實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在念珠藻/顫藻初始體積比例為2:3、1:1和3:2時(shí),最終均為念珠藻總體積大于顫藻總體積,在競爭中處于優(yōu)勢地位,尤其在3:2體積比例下,顫藻的生長受到抑制程度最大,細(xì)胞密度在12天后開始下降,并且念珠藻有取代顫藻的趨勢。而在念珠藻與柵藻的混合培養(yǎng)中,三種不同初始體積比例的培養(yǎng)中均為柵藻占據(jù)競爭優(yōu)勢。三種藻類的競爭力分別為:柵藻念珠藻顫藻�；パa(bǔ)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)念珠藻和顫藻能夠產(chǎn)生抑制彼此生長的化感物質(zhì),柵藻也能產(chǎn)生抑制念珠藻生長的化感物質(zhì),但念珠藻生長過程中產(chǎn)生的化感物質(zhì)沒有顯著影響柵藻的生長。此外,實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),念珠藻在三種磷源中的生長情況與第一部分的生理組實(shí)驗(yàn)的結(jié)果類似;顫藻在磷酸酯處理組中生長優(yōu)于正磷和膦酸鹽處理組;柵藻在生長過程中消耗的正磷酸鹽的量顯著大于顫藻;在磷源充足時(shí),不同形態(tài)的磷源對三種藻類的競爭效應(yīng)的影響不顯著,競爭能力的大小主要與藻類自身的生長速度以及化感物質(zhì)的產(chǎn)生有關(guān)。
【圖文】：

生物統(tǒng)計(jì)分析方法使用 SPSS 22.0 進(jìn)行單因素方差分析（One-way ANOVA）及 LSD 多重比較。所得數(shù)據(jù)采用 Origin 9.0 進(jìn)行作圖，p < 0.05 時(shí)，具有顯著差異，用*表示；p < 0.01時(shí)認(rèn)為具有極顯著差異，用**表示。2.2 結(jié)果2.2.1 葉綠素a濃度及比生長速率念珠藻在無磷及不同磷源中培養(yǎng) 16 天，各處理組的念珠藻葉綠素a濃度如圖 2-1A所示。無磷處理組以及 2-amin處理組念珠藻的葉綠素a濃度顯著低于對照組（K2HPO4處理組）（p< 0.01）。而β-gly處理組的葉綠素a濃度與對照組相比，并無顯著差異。無磷處理組、K2HPO4處理組、β-gly處理組以及 2-amin處理組第 10 天到第 16 天的比生長速率分別為 0.074 ± 0.019, 0.166 ± 0.010, 0.122 ± 0.002 和 0.097 ± 0.009（圖 2-1B）。結(jié)果表明，K2HPO4處理組念珠藻比生長速率最高，無磷組最低，β-gly處理組和 2-amin處理組與對照相比顯著降低（p < 0.01）。

第 2 章 無磷和不同磷源條件下念珠藻的生理響應(yīng)光響應(yīng)曲線(RLCs)和PSII電子傳遞速率中念珠藻的RLC曲線如圖 2-2 所示，，無磷處理組的光響應(yīng)天時(shí)，同K2HPO4處理組相比較，無磷處理組念珠藻的α值（R-1，p < 0.05），而β-gly處理組和 2-amin處理組同對照組相.05）。此外，無磷組光響應(yīng)曲線的光飽和點(diǎn)（Ik）和最大相對照組相比分別下降了 29.78%和 39.42%（表 2-1，p 0.0
【學(xué)位授予單位】：西南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：X52;X173

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2682866