珊瑚及共生藻在白化过程中的适应机制研究进展

珊瑚礁生态系统具有非常重要的生态学功能。但是随着全球气候变暖和CO2浓度的升高,珊瑚白化事件越来越频繁,珊瑚礁生态系统面临严重的危机。影响珊瑚白化的重要因子主要有海水温度的异常(过高或过低),太阳辐射与紫外线辐射,海水盐度的偏离,珊瑚疾病,海洋污染,长棘海星的爆发,人类的过度捕鱼和全球CO2浓度升高等。其中,海洋表面水体温度(SST)的异常升高为珊瑚白化的主要因素。珊瑚主要是通过珊瑚与共生藻的生理适应机制以及更换共生藻基因型机制两种方式来适应环境胁迫的。生理适应机制主要通过叶黄素循环、珊瑚色素荧光(热)、活性氧清除系统(自由基)、分泌紫外线吸收物质MAAs(紫外光)、产生热休克蛋白HspS(热)来实现的。珊瑚共生藻基因型更换适应机制是指珊瑚的适应性白化假说。珊瑚的适应性白化假说还有很多争议,还需要更多的实验证据提供支持。未来的研究重点将在珊瑚白化过程中共生藻-珊瑚共生功能体作为整体性的研究,尤其是珊瑚宿主在白化过程中对共生功能体作出贡献的研究。

升温胁迫对珊瑚及其共生藻影响的初步研究

石珊瑚失去共生藻或光合色素就会发生白化。以石珊瑚体内、外正常与异常共生藻浓度及比例变化、珊瑚表面共生藻密度为参数,研究了3种珊瑚在3种温度(26℃、31℃、34℃)下的响应。结果表明,在未受(26℃)或受到较小(31℃)温度胁迫时石珊瑚体内、外共生藻浓度及比例保持稳定,正常共生藻占优势;受较强温度(34℃)胁迫时异常共生藻迅速占优势,游离出的共生藻增多,且3种石珊瑚都在该温度下48h内白化。石珊瑚及其共生藻处在相对稳定的共生体系中,受温度胁迫后大量共生藻游离出共生体系而发生白化至死亡。

造礁石珊瑚共生藻对富营养的响应研究

研究了多孔鹿角珊瑚(Acropora millepora)及其共生藻在硝酸盐、铵盐、磷酸盐胁迫条件下的响应。结果表明,石珊瑚共生藻光合效率在各营养盐浓度下分别受到程度不同的抑制;表面共生藻密度及共生藻叶绿素a含量在硝酸盐、磷酸盐和铵盐与磷酸盐结合条件下都有所降低,但前者较后者的变化有所滞后;在铵盐作用下表面共生藻密度和共生藻叶绿素a含量均有所升高。以石珊瑚共生藻光合效率及叶绿素a含量作为指示珊瑚共生体系对胁迫的响应指标较为灵敏。

运用PCR-RFLP方法研究三亚鹿回头岸礁造礁石珊瑚共生藻的组成

造礁石珊瑚共生藻的系统分类研究对于理解珊瑚礁生态系统对全球变化的响应具有十分重要的意义。本研究利用PCR技术扩增核糖体基因大亚基片段以及限制性片段长度多态性(RFLP)的方法,对海南三亚鹿回头岸礁的8科14属22种造礁石珊瑚的共生藻组成进行了研究。结果表明鹿回头岸礁造礁石珊瑚共生藻以C系群为优势系群,偶尔发现D系群与鹿角杯形珊瑚(Pocilolpora damicornis)和黄癣蜂巢珊瑚(Favia favus)共生;另外丑鹿角珊瑚(Acropora horrida)和丛生盔形珊瑚(Galaxea fascicularis)可以同时与C系群和D系群共生。共生多型性的发现暗示珊瑚与共生藻的共生关系具有灵活性。研究结果同样显示共生藻的核糖体基因大片段的DNA多态性偏低。未来应该结合其他的分子标记对鹿回头岸礁造礁石珊瑚共生藻的DNA多态性进行更深入的研究。

造礁石珊瑚与其共生藻(Symbiodinium)共生研究进展

对造礁石珊瑚与其共生藻共生研究现状及其在全球变化下的适应能力进行较全面的综述。造礁石珊瑚与遗传和生理功能独特的共生藻组成内共生关系是成功演化的范例。近年来对珊瑚共生体的分子系统学研究表明共生藻遗传多样性极为丰富,当前认为共生藻属至少包括8个(A—H)各自包含亚系群的世系或系群。珊瑚-共生藻共生功能体对诸如全球变化引起的海水温度上升等环境变化十分敏感。由于珊瑚以及珊瑚礁面临气候变化的严峻挑战,对珊瑚与其共生藻共生关系和共生功体适应能力的研究将是未来重要的研究领域之一。

福建东山岛附近海域造礁石珊瑚共生藻的分子系统分类和遗传多样性研究

本研究利用核糖体大亚基5′端序列PCR-RFLP以及转录单元内间隔区(Internal TranscribedSpacer,ITS)序列分析相结合的方法,首次对福建东山岛附近海域3种优势种类造礁石珊瑚共生藻进行了分子系统分类和遗传多样性研究.PCR-RFLP分析发现东山岛附近海域3种优势种类造礁石珊瑚共生藻都属于C系群共生藻,而ITS序列的序列分析结果表明东山岛附近海域3种优势种类造礁石珊瑚共生藻都属于C1亚系群.研究结果表明ITS序列进化速度快,适合于造礁石珊瑚共生藻属亚系群水平的鉴定.而东山岛附近海域造礁石珊瑚共生藻的多样性低,暗示东山岛附近海域造礁石珊瑚共生藻共生系统面对外界环境压力的适应能力较低.

二氧化硫对地衣中共生藻菌营养关系影响研究

为探讨地衣对大气污染特别敏感的原因 ,分离淡腹黄梅衣 (Xanthoparmelliamexicana)的共生藻和共生真菌 ,并重新合成地衣 .研究了地衣及纯化培养的藻和菌在SO2 污染短期胁迫下的生理反应 .结果表明 ,叶绿素a比叶绿素b易受伤害 ;叶绿素对 0 .5mg·L-1的熏气最敏感 ,水溶液暴露时叶绿素PQa值的下降与SO2 的吸收量有相关性 .地衣中酸性磷酸酶活性主要由共生藻所决定 .丙二醇含量在共生藻和菌以及地衣样品中无显著差异 ;还原型谷胱甘肽GSH含量在共生菌中明显高于共生藻 ,并与SO2 胁迫强度密切相关 .可以作为地衣过氧化状态和受损的生物标志物 .共生真菌承担了地衣主要的抗氧化任务 ,由于物质与能量的消耗 ,共生藻比共生菌更容易受到伤害 .

造礁石珊瑚共生藻的分子分类研究

通过nlsrDNA(nuclear large-subunit ribosomal DNA)及nssrDNA(nuclear small-subunit ribosomal DNA)的PCR-RFLP研究广东徐闻地区8科15属25种62个造礁石珊瑚样本的共生藻。结果表明,共生藻nlsrDNA的RsaI酶切基因型只存在一种,属于C系群共生藻;而nssrDNA的MobⅠ和TaqⅠ两种酶切都存在两种基因型。实验进一步通过PCR直接测序法得到62个造礁石珊瑚样品的共生藻ITS序列,与GenBank上的4种虫黄藻ITS序列构建Neighbor-Joining系统发育树,结果表明该区的造礁石珊瑚共生两种不同种类(亚系群)的共生藻,分别为C1亚系群与C15亚系群共生藻,两个亚系群间的遗传距离为0.019。广东徐闻地区造礁石珊瑚共生藻多样性偏低,暗示该地区珊瑚礁生态系统应对环境变化的能力可能较弱。

两种造礁石珊瑚共生藻分子系统分类及其对水温升高的响应研究

珊瑚白化是导致全球珊瑚礁生态系统衰退的最重要原因之一,野外观察结果表明不同种属的造礁石珊瑚对于海水温度升高的耐受性有所差异。选取多孔鹿角珊瑚(Acropora millepora)和丛生盔形珊瑚(Galaxea fascicularis)为研究对象,比较其共生藻在温度升高时的光生理差异。对多孔鹿角珊瑚和丛生盔形珊瑚共生藻的分子系统学研究结果表明:多孔鹿角珊瑚和丛生盔形珊瑚的共生藻属于不同系群,丛生盔形珊瑚共生藻属于D系群,而多孔鹿角珊瑚共生藻属于C1亚系群。当温度升高到30℃时并未对两种造礁石珊瑚共生藻光合系统Ⅱ造成损害,而当温度升高到34℃时两种造礁石珊瑚共生藻的Fv/Fm值急剧下降,其光合系统Ⅱ遭受损害。多孔鹿角珊瑚和丛生盔形珊瑚分别与不同系群的共生藻共生可能是导致其对海水温度升高耐受性不同的主要原因,与C1亚系群共生藻共生的多孔鹿角珊瑚对水温升高敏感,容易白化,而与D系群共生藻共生的丛生盔形珊瑚对水温升高的耐受性强,不易白化。

红萍共生藻的体外培养

本研究首次采用红萍体内共生藻单克隆抗体为监测手段,直接从红萍共生腔内分离鱼腥藻进行培养.离体藻在无氮BG—11或者Allen培养基上迅速褪绿失活,在培养基中添加果糖、酵母提取物、氨基酸等可使其保绿期延长4倍左右.低氧分压(1%O_2,99%N_2)可进一步提高离体鱼腥藻保绿期,并略有增殖.单克隆抗体测定表明这些离体培养的红萍共生藻始终保持其固有的抗原性.

丛生盔形珊瑚的2种颜色群体共生藻组成比较

造礁石珊瑚与共生藻Symbiodinium spp.的互利共生对维护多样性极为丰富的珊瑚礁生态系统至关重要。在受到诸如水温异常等环境胁迫时,宿主珊瑚会排出体内共生藻而导致珊瑚白化直至死亡。造礁石珊瑚群体丰富的颜色对于珊瑚适应环境有着重要的作用,即使是同种造礁石珊瑚的不同群体,它们在颜色上也会有差异。丛生盔形珊瑚Galaxea fascicularis作为印度-太平洋区系常见种广泛分布于海南三亚珊瑚礁海域,不同群体的颜色相异。对绿色和褐色2种颜色的丛生盔形珊瑚群体共生藻的28S rDNA进行限制性片段长度多态性(polymerase chain reaction-restriction fragment length polymorphism,PCR-RFLP)分析,结果显示,该珊瑚可以与C和D系群共生藻分别或同时共生。此外,丛生盔形珊瑚2种颜色群体的共生藻组成并无显著差异,表明珊瑚群体的颜色差异与共生藻的组成并无直接联系。影响珊瑚表型颜色的因素复杂,包括珊瑚的绿色荧光蛋白(green?uorescent protein,GFP)、珊瑚和共生藻的各种色素等,具体机理需要进一步研究。

绿皮地卷(Peltigera aphthosa)共生藻细胞的分离培养

对绿皮地卷(Peltigera aphthosa)共生藻进行了分离、纯化,并对其培养特性进行了实验观测,结果表明:绿皮地卷(Peltigera aphthosa)共生藻在光照1 500～2 000lux,温度18～25C下生长良好;地衣型真菌培养基--土壤浸汁培养基不仅可以用于地衣型真菌的培养,也是培养地衣共生藻的理想培养基,用此种培养基在试管中培养的共生藻可保存一个半月到两个月,而在用蜡带封口的培养皿中可保存几个月至一年.

异养营养对丛生盔形珊瑚代谢及共生藻光合生理的影响

本文以三亚鹿回头近岸海域内的优势种造礁石珊瑚丛生盔形珊瑚(Galaxea fascicularis)为研究对象,以丰年虾(Artemia salina)无节幼体为饵料,研究了异养营养对丛生盔形珊瑚光合作用与呼吸代谢的影响。结果表明:异养营养的输入能够增加丛生盔形珊瑚的共生虫黄藻密度以及色素含量,并能够显著提升其光合作用与呼吸速率,然而单个虫黄藻的光合速率降低,这与虫黄藻密度增加引起的遮蔽效应有关。从营养角度来看,异养营养的输入能够使丛生盔形珊瑚有机碳的净积累速率提升约44.5%。本研究结果显示异养营养的输入能够促进丛生盔形珊瑚的光合与呼吸代谢,且这种情况下丛生盔形珊瑚的营养模式更为健康。

对南北极地衣优势共生藻的初步探究

对采集自南极乔治王岛和北极新奥尔松地区的32份地衣标本中共生藻rDNA ITS序列进行测定,发现均为Trebouxia jamesii;结合Genbank中来自不同地区地衣中该藻的序列信息,发现T.jamesii的基因型与地衣物种及采集地都没有明确的对应关系。广布于全球范围的T.jamesii作为地衣优势共生藻,存在多种基因型,并且可以被多种地衣共生菌选择;其中优势基因型A在采集自南极洲、欧洲、北美洲和北极地区的地衣中均有发现,而其他基因型则在一定程度上出现地区特有性。本研究为地衣中的藻交换提供了证据,并提出地衣体碎片是实现地衣共生藻长距离传播的载体。

不同生长基质中叶状地衣共生藻的分离与鉴定

采用形态鉴定及基于ITS及rbcL序列构建ML系统发育树对采自云南省姚安县及南华县的10种叶状地衣中分离纯化培养的共生藻进行分析研究。鉴定结果表明5个编号分别为Z1、Z4、Z5、Z6、Z9的树生地衣共生藻样品鉴定为念珠藻目(Nostocales)念珠藻科(Nostocaceae)念珠藻属(Nostoc);2个土生地衣共生藻样品Z2、Z10鉴定为四孢藻目(Tetrasporales)胶球藻科(Coccomyxaceae)胶球藻属(Coccomyxa);3个石生地衣分离藻样品Z3、Z7、Z8鉴定为绿球藻目(Chlorococcales)栅藻科(Scenedesmaceae)链带藻属(Desmodesmus)。另外从地衣采集地及分子系统分析结果可以看出,尽管Z1、Z5、Z9分别是从采自不同区域(姚安县及南华县)的地衣中分离纯化的,但亲缘关系最近;同样Z4、Z6亲缘关系最近;Z2、Z10亲缘关系最近,Z7、Z8亲缘关系最近。所以地衣共生菌与共生藻的共生关系与其生存的地理区域关系不大,但却和其生长基质有明显的相关性。

绿草履虫-小球藻共生系统中共生藻对宿主细胞超微结构的影响

应用透射电镜术显示了含小球藻绿草履虫和人工诱导获得的无小球藻绿草履虫细胞的超微结构特征。无小球藻绿草履虫细胞内有大量处于不同消化阶段的食物泡及膜性小泡 ,在细胞质内常见有线粒体聚集分布以及内质网分布其中 ,细胞大核内核仁数目增多 ,并聚集形成多个核仁区。含小球藻绿草履虫中细胞膜性结构较少见 ,细胞大核中核仁数目较少。结果表明 ,小球藻共生体可能影响了宿主草履虫细胞中所述细胞器的功能、数量和分布 ,并影响了核仁的功能、数量和分布。

升温对丛生盔形珊瑚两种形态型代谢和共生藻光合生理的影响

文章研究了温度升高对一种造礁石珊瑚——丛生盔形珊瑚(Galaxea fascicularis)的两种形态型(H和S型)代谢和共生藻光合生理的影响。研究显示H型和S型对升温的生理响应差异明显:在虫黄藻水平上,H型丢失了大量的虫黄藻,减轻了共生体呼吸代谢的负荷;S型中虫黄藻数目尚可维持共生体呼吸代谢的需求,同时提高叶绿素b含量增强光的吸收。在宿主水平上,H型充分利用虫黄藻输送的营养物质,并通过异养摄食补偿能量消耗;S型宿主所储存的营养物质可以协助共生体适应热环境。结果表明,丛生盔形珊瑚两种形态型通过不同的能量利用方式适应环境的变化,H型倾向于维持共生体的代谢平衡,而S型倾向于提高共生藻的能量分配。

海南岛澄黄滨珊瑚共生藻对环境变化的适应性

在全球气候变暖和人类活动加剧导致珊瑚礁严重衰退的背景下,以抗逆性强的澄黄滨珊瑚（Porites lutea）为研究对象,于2013年10月―2014年8月在海南岛文昌和三亚对其共生藻密度及光合效率开展了季节性调查研究。结果显示：1）澄黄滨珊瑚共生藻的密度及光合效率均存在显著的季节变化,共生藻密度在冬季最低、夏季较高,其光合效率在冬季较高,春夏季较低。2）澄黄滨珊瑚共生藻密度的空间差异远小于其季节变化的差异,但水深1~2 m澄黄滨珊瑚共生藻的密度普遍高于水深4~6 m的澄黄滨珊瑚,三亚澄黄滨珊瑚共生藻的光合效率明显高于文昌。3）进一步分析发现,在诸多环境因子中,海表温度SST和水体营养是驱动海南岛澄黄滨珊瑚共生藻密度及光合效率变化的主要环境因素,而光合效率的空间差异则可能是珊瑚对生存环境长期驯化的结果。由于文昌和三亚沿岸海水养殖和潜水旅游等人类活动频繁,礁区海水面临富营养化的风险,推测海南岛澄黄滨珊瑚面临SST上升和营养胁迫联合效应的严重威胁。

深圳杨梅坑海域造礁石珊瑚共生藻分类和遗传多样性研究

通过核糖体ITS(Internal Transcribed Spacer)的核苷酸序列研究了深圳杨梅坑海域20种47个造礁石珊瑚样本的共生藻。通过ITS序列分析,与GenBank上的4种不同的共生藻构建Neighbor-Joining聚类树,进行石珊瑚共生藻分类和遗传多样性分析。结果表明,该海域的造礁石珊瑚共生藻属于2种不同的种类(亚系群),19个样品属于C1亚系群共生藻,1个样品属于C15亚系群共生藻,C1和C15两个亚系群共生藻之间的遗传距离为0. 01。将深圳杨梅坑海域得到的ITS序列与NCBI数据库上的福建东山海域、广东徐闻地区的C1系共生藻进行比对,只有深圳杨梅坑海域藻类样本平均(A+T)碱基含量为49. 4%,(A+T)含量小于(G+C)含量。构建Neighbor-Joining聚类树表明,深圳杨梅坑海域石珊瑚共生藻与福建东山海域的亲缘关系较近,而与广东徐闻地区的亲缘关系较远,地理隔离是主要的因素。