藻類(lèi)在自然水生生態(tài)系統(tǒng)與人類(lèi)工業(yè)生產(chǎn)中占據(jù)著重要地位,并對(duì)全球氣候變化以及元素生物地球化學(xué)循環(huán)有著巨大影響。生理適應(yīng)性是藻類(lèi)通過(guò)調(diào)整胞內(nèi)代謝途徑以應(yīng)對(duì)外界環(huán)境變化的內(nèi)稟性質(zhì),是認(rèn)識(shí)藻類(lèi)營(yíng)養(yǎng)吸收現(xiàn)象與胞內(nèi)營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)的基礎(chǔ),是藻類(lèi)細(xì)胞模型構(gòu)建的關(guān)鍵因素。對(duì)營(yíng)養(yǎng)物吸收的數(shù)學(xué)描述是藻類(lèi)生態(tài)模型的核心,其中動(dòng)力學(xué)方法是應(yīng)用最為廣泛的匹配手段,提供了成熟的建模思路和豐富的模型數(shù)據(jù)。本研究采用熱力學(xué)方法,以定量地描述藻類(lèi)磷吸收過(guò)程的能量特征。首先,構(gòu)建一種基于滲透勢(shì)的藻類(lèi)磷營(yíng)養(yǎng)通量模型,從對(duì)藻類(lèi)磷吸收現(xiàn)象層面的關(guān)注轉(zhuǎn)移到細(xì)胞能量代謝層面,結(jié)合藻類(lèi)細(xì)胞磷吸收、儲(chǔ)存和同化的重要生化過(guò)程,遴選磷在細(xì)胞內(nèi)部的主要物質(zhì)歸宿。模型構(gòu)建重點(diǎn)下落到細(xì)胞模型的必要假設(shè)、條件要素和單元主體,采用線(xiàn)性非平衡熱力學(xué)方法表征磷營(yíng)養(yǎng)通量與滲透勢(shì),建立磷營(yíng)養(yǎng)滲透過(guò)程與氧化磷酸化供能過(guò)程的耦合關(guān)系,進(jìn)而對(duì)藻類(lèi)磷營(yíng)養(yǎng)滲透現(xiàn)象進(jìn)行匹配研究。并且,結(jié)合室內(nèi)實(shí)驗(yàn)獲得了藻類(lèi)磷營(yíng)養(yǎng)限制的滲透閾值,探究了“勢(shì)一通量”模型應(yīng)用于藻類(lèi)營(yíng)養(yǎng)限制判別與種間競(jìng)爭(zhēng)的分析功能。進(jìn)一步地,采用化學(xué)計(jì)量學(xué)和能量學(xué)方法描述“勢(shì)—通量”模型中吸收、儲(chǔ)存和同化三個(gè)重要的生化過(guò)程。先以宏觀化學(xué)方程式表示藻類(lèi)細(xì)胞合成過(guò)程,以△G來(lái)描述該過(guò)程能量的變化,得到生成單位藻細(xì)胞所需要的Gibbs自由能大小(以△rGθ合成表示);再以能量?jī)?chǔ)存載體ATP的基質(zhì)水平磷酸化生成速率為橋梁,利用Michaelis-Menton方程建立環(huán)境磷濃度與△rGθ合成的關(guān)系;最后,將環(huán)境磷濃度對(duì)藻細(xì)胞生物量增長(zhǎng)所作的貢獻(xiàn)定義為增長(zhǎng)勢(shì)(μalgae),更直觀地表示環(huán)境磷濃度對(duì)藻細(xì)胞增殖所作的貢獻(xiàn)。同時(shí)結(jié)合室內(nèi)實(shí)驗(yàn),通過(guò)等溫滴定微量熱儀得到藻細(xì)胞磷吸收體系的焓變值和熵變值,最后計(jì)算獲得藻類(lèi)磷吸收與細(xì)胞增殖的熱力學(xué)關(guān)系。雖然本研究對(duì)藻類(lèi)磷吸收的模型匹配研究在理論及其與室內(nèi)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)的結(jié)合上已經(jīng)進(jìn)行了一定探索,但是所得的研究結(jié)論中對(duì)其吸收特征的描述和吸收所作的生物量貢獻(xiàn),也僅局限于藻種的實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)。實(shí)際上,模型匹配研究應(yīng)發(fā)揮更大作用,在細(xì)節(jié)上作出各種各樣的改變,而目前的短板在于其解釋功能還沒(méi)有充分發(fā)揮。因此,可進(jìn)一步地基于如何定量描述自然水環(huán)境中的種間競(jìng)爭(zhēng)展開(kāi)研究,并對(duì)不同現(xiàn)象之間的差異性進(jìn)行解釋,建立符合自然規(guī)律的匹配模型。
【學(xué)位單位】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：X173
【部分圖文】：

憐被藻類(lèi)吸收后隨即進(jìn)入生命代謝過(guò)程，用于合成生命活動(dòng)所必需的生物大分子，??以實(shí)現(xiàn)細(xì)胞的生化功能。??磷元素在藻細(xì)胞中具有特定的代謝通路，圖１．１闡釋了目前己知的關(guān)于磷元素??攝取、代謝和儲(chǔ)存的途徑（Ｌｉｎ等．，２０１６）。圖中實(shí)線(xiàn)箭頭表示磷的代謝過(guò)程，虛線(xiàn)??箭頭表示蛋白質(zhì)或蛋白質(zhì)復(fù)合物對(duì)磷代謝過(guò)程的作用反饋。磷酸鹽的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)系??統(tǒng)包括兩類(lèi)：（１）高親和性磷酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)（ＰｓＴ），（２）低親和性磷酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)??（ＰｉＴ），其中ＰｉＴ又包含無(wú)機(jī)磷轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)（ＩＰＴ）與離子型磷酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)（ＳＰＴ）兩個(gè)子??系統(tǒng)。從藻細(xì)胞膜外側(cè)看，有機(jī)磷ＤＯＰ?（Ｒ－Ｃ－Ｐ０３）和無(wú)機(jī)磷Ｐｉ分別經(jīng)跨膜蛋白??ＰｈｎＣＤＥ和ＰｈｏＲ進(jìn)入胞內(nèi)，磷酸酯（Ｒ－０－Ｐ０３）經(jīng)細(xì)胞膜表面堿性磷酸酶（ＡＰ）??的催化，轉(zhuǎn)化為磷酸鹽后再經(jīng)轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部。??

?／??Ｏｕｔｅｒ?ｃｅｌｌ?ｍｅｍｂｒａｎｅ??圖１．１藻類(lèi)細(xì)胞磷吸收、代謝和儲(chǔ)存機(jī)理圖（Ｌｉｎ等．，２０１６）??Ｆｉｇｕｒｅ?１．１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ?ｏｆ?ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ?ｕｐｔａｋｅ，?ｍｅｔａｂｏｌｉｓｍ，?ａｎｄ?ｓｔｏｒａｇｅ．??（Ｌｉｎ?ｅｔ?ａｌ．，?２０１６）??進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部的磺酸單脂在堿性或酸性磷酸酶的催化作用下，轉(zhuǎn)化為ｐｉ和含??Ｒ－０鍵的有機(jī)化合物。胞內(nèi)Ｐｉ通過(guò)呼吸作用或光合作用獲得能量并轉(zhuǎn)化為ＡＴＰ，??作為藻細(xì)胞代謝活動(dòng)的能量來(lái)源；并且，ＡＴＰ也作為藻類(lèi)的磷儲(chǔ)存體，用于含磷生??物大分子的生化合成。含磷的生物大分子主要包括：核酸（ＤＮＡ和ＲＮＡ）、磷脂、??三磷酸腺苷（ＡＴＰ）等。作為核酸的核心組分，磷在細(xì)胞儲(chǔ)存、復(fù)制和基因轉(zhuǎn)錄等??生理過(guò)程中扮演著至關(guān)重要的角色，其中核糖體ＲＮＡ合成蛋白質(zhì)的過(guò)程對(duì)磷的需??求量最高（Ｇｅｉｄｅｒ和Ｌａ?Ｒｏｃｈｅ

Ｓｔｕｃｋｉ?（１９９１）分析了?ＡＴＰ能量生成函數(shù)／關(guān)于ＯＰ耦合度ｇ的最優(yōu)解，能量輸出??表達(dá)式為／＝１３１１＂＊（〇｛／２）（：〇３（？）（／？＝１，２，３，４），對(duì)應(yīng)常數(shù)》７下輸出函數(shù)／的最優(yōu)解如表??１．１所示，不同輸出函數(shù)／與耦合度９的關(guān)系如圖１．４所示。??１３??
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本文編號(hào)：2879235