南极冰藻Chlamydomonas sp.ICE-L的抗盐性

以南极冰藻(Chlamydomonassp.)为材料对其抗盐性进行研究,结果表明,冰藻在盐度33下生长良好,在盐度66和99也有较大的生长量,盐度132下也能生存,可以维持原有的生物量,而盐度165对冰藻则是致命的,仅能存活8 d;常温藻(Chlamydomonas monadina)仅能在盐度小于99时生存。由此可以看出,南极藻类较常温藻可抗更高的盐度。同时测定了与盐度变化相关的膜系统变化,与常温藻相比,南极冰藻中的超氧化物歧化酶(SOD)、丙二醛(MDA)和脯氨酸含量较高,而膜透性较低;经盐度99胁迫后,以上4种生化指标都升高。本研究初步结论为,超氧化物歧化酶、丙二醛、脯氨酸和膜透性对南极冰藻的抗盐性研究均有较好的指导意义。这项研究旨为南极冰藻抗盐机理研究提供基础依据。[中国水产科学,2006,13(1):73-78]

南极冰藻Chlamydomonas sp.L4的UV-B辐射效应研究

实验研究了从南极采集的冰藻 Chlamydomonas sp.L4经强 UV-B 辐射胁迫后的生物学效应及逆境适应性。研究显示,经过强 UV-B 胁迫,冰藻 L4细胞内迅速产生大量的活性氧,丙二醛含量升高;同时,SOD 活性快速提高,使活性氧和丙二醛含量维持在细胞容许范围之内。膜脂肪酸成分分析发现不饱和指数增加了近4倍,膜流动性增加,从而维持膜的正常功能。光学显微镜、扫描和透射电镜观察表明,UV-B 辐射使细胞体积显著增大,黏性多糖分泌增多,细胞壁增厚,未知黑色颗粒密度增加,L4可能通过上述结构变化把 UV-B 屏蔽在胞外。脂肪颗粒的增加是细胞在逆境生存的能量保障。此外,细胞中类囊体片层、线粒体和细胞核等结构基本没有变化,维持细胞基本的代谢和能量供应。

南极冰藻Chlamydomonas sp.ICE-L的cDNA文库构建及品质检测

为构建南极冰藻Chlamydomonas sp．ICE-L的cDNA文库，提取对数生长期南极冰藻ICE-L的总RNA，以此为模板，通过PowerScript逆转录酶逆转录合成第一链cDNA；再以第一链cDNA产物为模板，用LD-PCR合成第二链cDNA。该cDNA产物经分级分离转入大肠杆菌中，即获得南极冰藻IcBL的cDNA原始文库，其滴度为1．6×10^6 cfu／mL。扩增后的cDNA文库的滴度为1．0×10^10 cfu／mL。用PCR方法测得文库的重组率大干97％，插入cDNA的长度为0．5～1．8kb，0．9kb以上插入片段占50％以上。取适量扩增文库稀释并铺平板，挑取72个独立菌落，对其中22个独立菌落所插入的cDNA进行测序，克隆到了一个具有5’和3’非编码区的40S ribosomal protein S5全长基因序列，GenBank收录号为AM167929。

南极冰藻Chlamydomonas L4的RPS5基因的获得及其在分类中的作用

通过对南极冰藻L4（Chlamydomonnas L4）cDNA文库的筛选，克隆出一个具有5’和3’非编码区的40S核糖体蛋白S5（RPS5）全长基因序列。通过与GenBank中日本凋毛藻、拟南芥、果蝇、斑马鱼、非洲爪蟾、人等物种的同源基因或ESTs序列比对，得到了根据RPS5基因的序列相似性绘制的系统分类树，其符合传统的物种分类系统。证明了通过持家基因的一种——RPS5基因的序列相似性进行分子分类学研究具有可行性。

盐度对南极冰藻Chlamydomonas sp.ICE-L细胞膜流动性及其脂肪酸脱氢酶基因表达的影响

深入研究了盐度对南极冰藻Chlamydomonas sp.ICE-L细胞膜流动性及其脂肪酸脱氢酶基因的调控。研究结果显示,在高盐条件下,南极冰藻细胞膜的流动性无显著变化;C20∶5,C20∶3,C18∶3是细胞膜中三种主要的不饱和脂肪酸,且随着盐度的升高,总不饱和脂肪酸的含量升高;实时荧光定量PCR结果表明,高盐胁迫下,脂肪酸脱氢酶基因Δ9CiFAD的表达量迅速升高,Δ12CiFAD和Δ6CiFAD表达调控有延迟现象;脂肪酸脱局酶基因ω3CiFAD1在高盐环境中表达量升高,而ω3CiFAD2在低盐环境中表达量升高,这与盐度条件下细胞膜脂肪酸组成的变化趋势基本一致。由此可知,在高盐环境下南极冰藻可以通过提高脂肪酸脱氢酶基因表达,增加膜脂不饱和脂肪酸含量,从而提高细胞膜的流动性,维持南极冰藻正常的生理功能。

南极冰藻Chlamydomonas sp. ICE-L过氧化氢酶的热胁迫响应

为了研究南极冰藻的热胁迫应答机制,本文根据转录组测序得到的冰藻Chlamydomonas sp. ICEL过氧化氢酶CiCAT基因分析了其编码蛋白的特征,同时研究了CiCAT基因表达和过氧化氢酶活性在培养温度升高时的响应变化情况。结果表明:CiCAT基因序列全长为2 066 bp,编码492个氨基酸。在过氧化氢酶的系统进化树中,南极冰藻与其他绿藻聚类为一个分支。CiCAT编码的蛋白序列与盐藻和红球藻的过氧化氢酶序列相似性较高,分别为80.5%和78.9%。当南极冰藻处于热胁迫条件下,CiCAT基因的相对表达量和过氧化氢酶活均呈现出先上升后下降的趋势,但在胁迫24 h时CiCAT基因的表达量变化不明显,而实验组的酶活显著高于对照组。在胁迫72 h时,基因表达量和酶活均达到最高值。研究初步表明,与在常温藻类和高等植物中的功能相似,在经受热胁迫的情况下,南极冰藻中的抗氧化酶系统也发挥着重要作用。

南极衣藻(Chlamydomonas sp.ICE-L)谷胱甘肽还原酶基因的原核表达及其条件优化

采用RT-PCR技术克隆南极衣藻GR基因ORF全长cDNA,然后经酶切、连接等步骤构建其原核表达载体;并对其表达的诱导时间、IPTG浓度、温度进行了优化,以期获得较大量的酶蛋白。结果表明,将构建的原核表达载体pET-GR导入大肠杆菌BL21,可以高效表达融合蛋白;且表达的蛋白均以包涵体的形式存在;经SDS-PAGE电泳结果显示,获得的目的蛋白分子量为52.2kDa,符合预期分子量;GR蛋白在大肠杆菌中诱导表达优化条件为,1.0mmol/L的IPTG,28℃诱导3h。这些结果为进一步深入研究该基因的特性与功能奠定了基础。

冰藻对南大洋大西洋扇区南极磷虾越冬期间碳源的贡献

南极磷虾是南大洋生态系统的关键物种,种群聚集在南大洋的大西洋扇区。海冰在南极磷虾生活史中起着重要作用,海冰及其冰下环境为磷虾越冬提供了避难场所,但海冰是否为磷虾越冬提供了重要的饵料存在一定的争议,对此问题的解决需要量化源于海冰的冰藻对南极磷虾越冬期间饵料及碳源的贡献。基于2020年冬季(3~8月)于南大洋大西洋扇区48.1亚区(布兰斯菲尔德海峡周边区域)和48.3亚区(南乔治亚岛周边海域)采集的磷虾样品,通过两种高支链类异戊二烯化合物(IPSO_(25)和HBIⅢ)分别作为源于海冰的冰藻和源于水体浮游植物的生物标志物,对两个区域冬季磷虾对冰藻和浮游植物的依赖进行研究。结果显示,处于较高纬度、海冰密集度较高的48.1亚区的南极磷虾体内含有更高的IPSO_(25),而处于开阔水域48.3亚区的磷虾体内有更高比例的HBIⅢ,另外48.3亚区磷虾的δ^(13)C和δ^(15)N稳定同位素显著高于48.1亚区的磷虾。48.1亚区南极磷虾越冬期间对浮游植物和冰藻的依赖与体长相关,其中体长相对较短的早期成体呈现更高的依赖性,同时该区域磷虾对冰藻的摄食提高了其营养级地位。48.3区南极磷虾越冬期间两种类异戊二烯含量与δ^(15)N稳定同位素数值呈负相关关系,表明该区域南极磷虾在初级生产匮乏时会摄食动物性饵料。若未来南大洋大西洋扇区海冰持续减少,这将对整个磷虾种群、磷虾渔业的可持续发展和区域生态系统的稳定性产生威胁。

南极衣藻Chlamydomonas sp. ICE-L硝酸还原酶基因的生物信息学分析

硝酸还原酶(NR)除调节植物的氮代谢外,在植物的各种非生物胁迫的适应过程中也发挥着重要的作用。从南极冰藻Chlamydomonas sp.ICE-L的cDNA文库中筛选到了硝酸还原酶的全长基因,对其进行测序并对其编码的蛋白序列进行了生物信息学分析,构建了NR的系统进化树,通过多序列比对探讨了可能与该酶逆境适应性相关的活性位点,并对该蛋白进行了三级结构预测分析。结果显示,NR基因的编码区长2 589bp,编码863个氨基酸。在以氨基酸序列构建的系统进化树中,南极衣藻的NR序列和其他绿藻类的聚在一起,与团藻、莱茵衣藻、杜氏盐藻和小球藻的同源性依次分别为63%,61%,60%和54%。蛋白质功能预测分析显示,该NR基因含有与高等植物NR相类似的3个不同的功能结构域。对南极冰藻NR基因的生物信息学分析研究,将有助于从硝酸还原酶角度了解南极衣藻对极端环境的适应性,拓展并深化其适应机制的研究。

4种南极冰藻的生化组成对UV-B辐射增强的响应

实验室人工模拟南极UV -B辐射环境 ,对南极冰藻的生化组成变化进行了测定和分析 ,结果表明 ,UV -B辐射增强 (70μW/cm2)后 ,4种南极冰藻的总蛋白含量显著减少 ,其中脯氨酸、羟脯氨酸等6种氨基酸增加 ,谷氨酸、缬氨酸等减少 ;总脂含量明显增加 ,绿藻增加30%以上 ,硅藻增加超过15%;饱和脂肪酸含量降低 ,不饱和脂肪酸含量增加 ,并且产生了一些新的不饱和脂肪酸 ;Mg、Na和Al元素的含量显著降低 ,而Fe、Ca、Zn、Mn等含量却明显增加。总体来说 ,4种南极冰藻的灰分含量显著下降 ,有机成分明显增加。表明了南极冰藻对UV -B增强的积极响应 ,能调整自身对强辐射环境的适应性 。

UV-B辐射对南极冰藻中抗辐射物质的诱导作用

在人工UV B辐照下培养 5种南极冰藻 ,其中包括三种硅藻 :H1硅藻 (diatomH1) ,H2硅藻 (diatomH2 ) ,H 3硅藻 (diatomH3) ;两种绿藻 :L1绿藻 (Pyramimonassp .) ,L4绿藻 (Chlorophyceae)。研究了UV B辐射对南极冰藻中抗辐射物质的诱导作用 ,这些物质被认为具有抵抗UV B辐射损害而提供保护的作用。结果表明 ,(1)UV B辐射诱导产生大量的胞内多糖和胞外多糖物质 ,胞外多糖附着藻体 ;(2 )UV B辐射诱导产生新的水溶性色素类物质 ;(3)UV B辐射诱导产生新的脂溶性色素类物质。不同种类冰藻产生的新色素的最大吸收峰不同。这些结果使我们初步认识了南极冰藻对南极强辐射环境的适应机理 ,并为进一步利用UV B辐射培养南极冰藻产生抗辐射、抗肿瘤、清除自由基等新型活性物质提供依据。

脯氨酸和可溶性糖在南极冰藻低温适应机制中的作用

对低温胁迫下两种南极冰藻胞内的脯氨酸和可溶性糖含量的变化进行分析研究,探讨两种冰藻对低温的适应性机制。测定不同培养温度和培养时间下两种南极绿藻细胞中的脯氨酸和可溶性糖含量,获得其在低温下随温度和胁迫时间变化的趋势,分析其产生变化的原因。结果显示,温度越低,塔胞藻Pyramidomonas sp.L-1胞内的脯氨酸和可溶性糖含量增加越明显。-5℃,培养48 h后,脯氨酸含量是初始值的6.5倍,可溶性糖含量增加60%。衣藻Chlamydomonas sp.L-4胞内脯氨酸的含量同样为温度越低,胞内脯氨酸的含量越高;但随时间变化趋势与塔胞藻Pyramidomonas sp.L-1相反,含量随温度作用时间的增加出现减少的趋势。-5℃,48 h后脯氨酸含量基本维持不变,可溶性糖含量增幅达90%。结果表明,脯氨酸和可溶性糖在南极冰藻的低温适应性机制中具有重要的作用,但在不同藻种中的作用机制不同。

UV-B辐照培养下南极冰藻的形态和超微结构及主要生化组成的变化

对从南极水样中分离到的L 4单细胞绿藻 (ChlorophyceaeL 4 ) ,模拟南极的紫外辐射环境 ,在人工UV B辐照下培养绿藻L 4 ,以滤除UV B培养的绿藻L 4为对照组。用电镜对绿藻L 4试验组和对照组的形态和超微结构进行观察比较。结果表明 :试验组细胞内积累大量的淀粉颗粒 ,是对照组的 10～ 2 0倍 ;脂肪颗粒是对照组的 3～ 4倍 ;试验组的细胞膜和细胞壁之间充满大量的黑色颗粒物质 ,而对照组很少。此外 ,试验组的细胞普遍较对照组大 ,且细胞外粘附着大量的白色黏性物质。对绿藻L 4试验组和对照组的蛋白质、脂肪、糖、无机元素的总含量进行测定 ,结果表明 ,试验组的蛋白质含量低于对照组 14 .16 % ;脂肪含量高于对照组 4 6 .6 5 % ;可溶性总糖含量高于对照组 6 6 .34% ;灰分和其它物质含量分别低于对照组 38.83%和 33.31%。UV B辐照下南极冰藻的细胞超微结构和生化组成的变化 ,部分反映了南极冰藻在长期的进化过程中对南极强辐射环境的适应。本研究将为从南极冰藻中获取抗紫外辐射活性物质提供科学依据。

南极海冰区冰藻类群及兴衰过程

本文总结了国际上对南极冰藻类群及其生理生态特性的多年研究成果 ,结合我国科学家在南极长城站以及在戴维斯和中山站的越冬研究 ,阐述了南极海冰区的冰藻类群及其形成机理 ,对冰藻的形成、存活、旺发和消亡过程进行讨论 ,并对大洋浮冰区和近岸固定冰区冰藻类群的生态特性进行对比 。

南极冰藻生化组成及其与低温适应性关系的研究

对 4种南极冰藻 (2种单细胞绿藻—— Pyramimonas sp.和绿藻 L 4 ,以及 2种硅藻——硅藻 H1和 H2 )的蛋白质、脂肪、糖、无机元素含量和组成 ,灰分含量 ,以及氨基酸和脂肪酸的组成等的基本生化组成进行测定。结果表明 ,4种冰藻的蛋白质含量均高于常温藻 ,蛋白质含量以绿藻 L4的含量最高 ,为 4 5 .18% ;Pyramimonas sp.的蛋白质含量最低为 2 7.70 %。4种冰藻的脂肪含量均高于常温藻 ,为 14 .0 2 %～ 19.89% ;总糖含量为 4 .7%～ 16 .3% ,与常温藻含量接近。Mg的含量在冰藻和常温藻的无机元素中都为最高 ,为 136 0 0～ 12 4 0 0 0 mg/ kg,但 4种冰藻的含量均低于 2种常温藻 ;4种冰藻的灰分含量均低于常温藻 ,表明冰藻含有更高的有机成分。冰藻的氨基酸含量与常温藻的含量没有明显不同 ,但绿藻 L 4含有较高含量的羟脯氨酸 ,占总氨基酸含量的 2 .4 8%。 4种冰藻的脂肪酸组成 ,主要以多不饱和脂肪酸为主。冰藻的基本生化组成在一定程度上反映了冰藻对生存环境的适应性 。

南极冰藻Chlorophyceae L-4抗氧化酶活性对UV-B辐射增强的响应

为了了解在UV B辐射增强的胁迫下,南极冰藻ChlorophyceaeL 4细胞内保护酶系统对活性氧自由基的清除作用,对不同辐射强度下ChlorophyceaeL 4细胞中丙二醛含量的变化、自由基的产生速率和相应的保护酶系统的变化进行了测定。结果表明,在UV B辐射增强的初期(1～3d),ChlorophyceaeL 4中丙二醛含量的迅速提高,但随后很快降低,在低强度UV B(35μW·cm-2)辐照下保护酶活性能够恢复到基本水平。在UV B辐射增强的胁迫下,ChlorophyceaeL 4中的超氧化物歧化酶、过氧化物酶和过氧化氢酶的活性明显比对照组的高,而且在高强度(70μW·cm-2)的辐照下,酶活性更高。ChlorophyceaeL 4中的抗坏血酸过氧化物酶的活性在UV B辐射增强的胁迫下略有升高或变化不大。本研究结果表明,保护酶系统在南极冰藻适应南极强辐射环境中起着非常重要的作用。

南极冰藻Pyramidomonas sp.和Chlorophyceae L-4的优化培养

设计温度、光强、盐度、pH值、营养盐等培养条件,测定其对南极冰藻中2种绿藻Pyramidomanassp.和Chloro phyceaeL-4生长的影响。研究结果表明,f/2培养基为适合这2种南极绿藻生长的适宜培养基。Pyramidomonassp.最适生长温度为2～6℃,pH为9.0;ChlorophyceaeL-4的最适生长温度为-3～6℃,pH为8.0～8.5。2种南极绿藻生长最适光强为7.0～60.0μE·m-2·s-1,最适盐度为22～33。选择NaNO3为培养基中的氮源,适合Pyramidomonassp.的浓度为0.88mmol·L-1。氮源浓度在0.56～1.47mmol·L-1,对ChlorophyceaeL-4生长影响不明显。适宜2种南极绿藻生长的磷酸盐浓度为0.13mmol·L-1。

4种南极冰藻中抗紫外辐射活性化合物类菌胞素类氨基酸(MAAs)的初步研究

目的研究和发现极端环境下南极冰藻中抗紫外辐射活性化合物。方法对4种生长较快的南极冰藻进行低温光照培养,同时采用UV-A和UV-B辐照胁迫,提取分离抗紫外辐射活性化合物;根据其理化性质、仪器分析数据初步确定各化合物的分子结构。并通过日光辐照活性组分,观察其降解速度,确定其抗紫外辐射活性。结果从南极绿藻Chlorophyceae L-4,硅藻Diatom HF-9中分别得到5种、7种活性化合物,其中6种属于类菌胞素类氨基酸(MAAs)类物质,并具有较强的抗紫外辐射活性。结论MAAs类物质在南极冰藻抗强紫外辐射过程中扮演重要角色。

南极冰藻的总脂含量及脂肪酸组成与其低温适应性的关系

通过对南极水样中分离出来的 4种南极冰藻 (2种硅藻和 2种绿藻 )在不同温度下的总脂含量和脂肪酸组成的研究 ,发现 2种硅藻 (H1和 H2 )通过增加胞内脂肪含量和不饱和脂肪酸的组成来提高其低温适应性 ,而且单不饱和脂肪酸含量远高于多不饱和脂肪酸 ,发挥主要的作用 ;绿藻 L1的总脂含量变化不大 ,但在低温条件下 ,其不饱和脂肪酸的含量亦相应提高 ;绿藻 L4的总脂含量和脂肪酸组成变化与 2种硅藻相似 ,但 2种绿藻的多不饱和脂肪酸含量远高于单不饱和脂肪酸 ,发挥主要的作用。研究结果还显示 ,低温有利于短链脂肪酸的合成。同时作为膜磷脂重要组成成分的 C2 2∶ 6脂肪酸在 4种冰藻中均保持稳定 ,含量相对较高 。

南极冰藻Chlorophyceae L4抗氧化酶活性对温度升高的响应

为了阐明南极冰藻Chlorophyceae L4抗氧化酶活性对温度升高的响应以及了解冰藻细胞内抗氧化酶系统对活性氧自由基的清除作用,对不同温度下(包括最适温度6℃、高于最适温度10℃和15℃)Chlorophyceae L4细胞中自由基的产生速率、丙二醛含量的变化和相应的抗氧化酶系统活性的变化进行了测定。结果表明,在环境温度高于最适生长温度的初期(24～72h),Chlorophyceae L4中自由基产生速率、丙二醛含量迅速提高,但随后(96～144h)很快降低,恢复到细胞能容忍的水平。各种抗氧化酶SOD、POD和CAT活性在初期显著降低,但随后响应温度的变化很快升高,明显比对照组的高,而且温度越高酶活性增幅越高。