【摘 要】
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本研究以重要赤潮藻锥状斯氏藻为研究对象,利用不同温度下黑暗刺激锥状斯氏藻诱导其暂时性孢囊的形成,并研究了不同条件下形成的暂时性孢囊的存活及萌发状况,以揭示锥状斯氏藻暂时性孢囊的形成、存活及萌发规律;研究了黑暗刺激对锥状斯氏藻抗氧化系统的影响,探讨了锥状斯氏藻对黑暗刺激的响应机制;此外还研究了DNA甲基化转移酶抑制剂5-氮杂胞苷对藻细胞生长、抗氧化系统以及暂时性孢囊萌发的影响。本研究结果揭示了暂时性
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本研究以重要赤潮藻锥状斯氏藻为研究对象,利用不同温度下黑暗刺激锥状斯氏藻诱导其暂时性孢囊的形成,并研究了不同条件下形成的暂时性孢囊的存活及萌发状况,以揭示锥状斯氏藻暂时性孢囊的形成、存活及萌发规律;研究了黑暗刺激对锥状斯氏藻抗氧化系统的影响,探讨了锥状斯氏藻对黑暗刺激的响应机制;此外还研究了DNA甲基化转移酶抑制剂5-氮杂胞苷对藻细胞生长、抗氧化系统以及暂时性孢囊萌发的影响。本研究结果揭示了暂时性孢囊在锥状斯氏藻生活史周期及藻细胞种群动态中的作用,阐明了藻细胞对黑暗的生理生化响应,并且初步揭示了5-氮杂胞苷对藻细胞生长、生理生化响应及生活史的影响,研究结果可为锥状斯氏藻赤潮发生机理和防治研究提供科学依据。主要研究结果如下:(1)暂时性孢囊在黑暗处理的第1天就开始形成,孢囊形成率在第3~5天达到最高,而常温黑暗(20℃和25℃)处理孢囊形成高峰较低温黑暗(8℃)处理延迟,8℃、20℃和25℃下孢囊的最终累积形成率分别为15.9%、20.1%和9.9%。锥状斯氏藻暂时性孢囊的形成不需要配子的融合,是无性生殖的产物。孢囊大小与营养细胞相近,外表圆滑不具有钙质凸起。(2)暂时性孢囊不耐保存,在形成后第1天即出现死亡,第8~16天后全部死亡。暂时性孢囊在低温下存活时间较长,8℃、20℃和25℃下半存活时间分别为5.9 d、2.9 d和2.7d。暂时性孢囊不存在强制性休眠期,全部处理组的暂时性孢囊都能在培养后的24 h内开始萌发,在3~6 d内达到最大累积萌发率,为43.3%~65.6%,低温下形成的孢囊萌发率较高。研究结果说明锥状斯氏藻极易形成暂时性孢囊,而当环境条件合适时能迅速萌发,表明暂时性孢囊在锥状斯氏藻种群动态以及赤潮形成和消亡过程中具有重要作用。(3)锥状斯氏藻在黑暗下生长受到了明显抑制,可溶性蛋白含量明显上升。在20℃黑暗处理下藻细胞的蛋白含量上升更为显著,在24 h后即能达到处理前的2.18倍,而在8℃黑暗下则为处理前的1.51倍,可溶性蛋白含量的上升为藻细胞抵御黑暗提供了物质基础。在8℃黑暗下,藻细胞超氧化物歧化酶(SOD)活性上升幅度较小,不能阻止细胞膜脂损伤程度的上升,从而导致膜脂氧化产物丙二醛(MDA)含量持续上升。而在20℃黑暗下,藻细胞SOD活性快速增加且呈持续上升趋势,最高值能达到处理前的2.39倍。较高的SOD含量也可保护细胞免受活性氧的伤害,MDA含量也出现下降趋势。在8℃和20℃黑暗下还原型谷胱甘肽(GSH)含量急剧上升且在48 h时到达峰值,分别为处理前的2.38和1.90倍,整体来说8℃黑暗胁迫下GSH含量上升趋势更为明显。结果说明GSH不仅能协助藻细胞抵御黑暗胁迫,同时对抵御低温胁迫也具有重要作用。(4)5-氮杂胞苷对锥状斯氏藻的生长有明显影响,且呈现出明显的剂量——效应关系,其对锥状斯氏藻的96 h EC50值为146.77μmol/L(35.84mg/L),属于中等毒性级别。5-氮杂胞苷对锥状斯氏藻暂时性孢囊的萌发也有一定影响,暂时性孢囊萌发的EC50值为8.08mmol/L(1.97g/L),属于低等毒性级别。低浓度5-氮杂胞苷(10~100μmol/L)在培养初期,对孢囊萌发具有一定促进作用,但所有暴露组最终累积萌发率均低于对照组的萌发率。(5)在5-氮杂胞苷暴露下,锥状斯氏藻细胞内抗氧化指标响应迅速而明显。可溶性蛋白含量、SOD、GSH以及MDA含量明显上升,且呈现出明显的剂量——效应关系,最高值可达到对照组和暴露前的2~3倍。其中可溶性蛋白和SOD对5-氮杂胞苷更为敏感,10μmol/L暴露24 h即可明显促进可溶性蛋白含量的上升和SOD的增强;而100μmol/L以上浓度方可明显促进GSH和MDA含量的上升。结果表明在低浓度5-氮杂胞苷暴露下以及暴露后期,抗氧化系统活性的提高能使细胞内活性氧在一定程度上被清除,以保护细胞免受活性氧的持续伤害,致使低浓度组细胞内MDA含量未出现明显上升,而高浓度组MDA含量在暴露后期下降。同时由于5-氮杂胞苷能降低藻细胞DNA甲基化水平,使相关基因表达增强,合成更多的蛋白质和酶类,导致各种抗氧化物质活性及含量的上升。
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