南极冰藻对UVB辐射增强的适应性及其抗紫外线辐射活性物质的研究

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1、中国海洋大学博士学位论文南极冰藻对UV-B辐射增强的适应性及其抗紫外线辐射活性物质的研究姓名：缪锦来申请学位级别：博士专业：海洋生物学指导教师：李光友2003.7.1南极冰藻对Uv—B辐射增强的适应性及其抗紫外线辐射活性物质的研究南极冰藻对UV-B辐射增强的适应性及其抗紫外线辐射活性物质的研究摘要在极端环境中生存的微生物，在与环境的长期抗争的适应过程中形成了许多普通微生物所没有的独特特性。因而，自20世纪70年代以来引起了人们的广泛关注，成为当今科学研究的热点之一。研究极端微生物不仅对了解生命的极限、微生物的进化与分类等很有理论价值，而且对治理环境污染、改造生态

2、环境、开辟微生物新功能等应用研究均具有重要意义。南极冰藻，是极端微生物中的具有奇特特性的一种。南极冰藻是极地海洋生态系统中初级生产力的重要承担者之一，在南极生态系统中具有重要的地位和作用。随着臭氧层破坏的日益严重，紫外线对生态的影响越来越引起人们的重视。研究已证实，UV—B对藻类有明显的伤害作用，其损伤的主要目标是蛋白质、DNA和光合色素等：同时，藻类对uv—B也有一定的适应能力，尤其是南极冰藻生存于南极臭氧空洞下强紫外线辐射的环境中，抗紫外线辐射能力很强。但是南极地区的紫外线辐射已经很强，若再有小幅的增加，对南极冰藻也会产生重大影响。因此，本文以南极冰藻为对象

3、，通过研究其对uV—B增强的响应，探讨uV—B辐射增强对南极冰藻的影响机制和南极冰藻对UV—B辐射增强的适应机制，以及其抗紫外辐射活性物质的抗辐射活性、组成和分子结构等，以期为南极冰藻的深入研究和开发应用提供科学依据。作者从中国第十八次南极考察采集的南极海水和海冰中，分离得到南极冰藻微藻20种，纯化培养后，根据不同实验的目的，分别选用代表性藻种进行研究。1．对分离微生物的两种常规方法进行了改进，使其适合南极冰藻的分离。从南极海水和海冰中得到纯培养的微藻20种共5大类，主要有单细胞硅藻15种，绿藻2种，蓝藻1种，甲藻1种，金藻1种。硅藻是优势藻种，蓝藻、甲藻和金南

4、极冰藻对UV-B辐射增强的适应性敷其抗紫外线辐射活性物质的研究的生化成分和含凝均发生明显的变化。具体如下：宅濠试验结黎表镑，窍些蛋密矮带<霹链是获蛋自溪)古量增热，毒弩戏蛋自质的氨基酸组成也发生显藿变化，4种南极冰藻均增加了Pro和Pro—oH的含量。uV—B辐射增强看，4种南极冰藻的惑脂含量明显增加，而且2种绿藻的增幅几乎超过2群硅藻的l储。2穗绿藻鲍慧脂含量增加30％以上；2穆硅藻的总膣含量增加相近，都超过15％。脂肪酸的组成也发生了显著的改变，4种南极冰藻戆瓷和￡鏊媵酸含爨均降低，不锪秘髓黥酸食量均壤鸯羹；聪葶孛绿藻豹多不键帮￡警黪酸含量，辐射前后均高于两

5、种硅藻的。此外，在辐射后，两种绿藻增加了C20：5衽C22：6两种多不饱和辩精酸，两种硅藻弼蹭舶了Ct8：4和C22：6。UV-B辐射增强后，4荦中南极冰藻的总糖含量增加极为明显，且2种绿藻的总糖增加幅度大大趟过2种硅藻的，其中绿藻L-4的总糖含量增幅最大：碱藻H-1的总壤含霪增蝠靛小。对攀糖的测定结鬃衰葫，经辐射麓，4砖惫极球藻的鼠李糖、岩藻糖、阿拉伯糖的含量均增加，以鼠李糖为增加最大；而葡萄糖含量明显减少。4种南极冰藻中原来禽量较商的Mg和Na元豢的含量均显著降低，含量较低的Al元索含量也明显下降。同时，4种南极冰藻中的ca、Fe、zn、Mn等金属元豢的含量

6、都明显增加。总体来说，4种南极冰藻的灰分含量湿著下降，说明有机成分明显增加。主瑟生诧戏分赘大螺度变化，涯甓了南辍泳藻对UV-B增强靛瑷掇蛹痤及磷整叁隽对强辐射环境的遁应性。以上实验模镦南极UV—B辐射环境的南极冰藻生化测定，是溺内外首次进行的研究。6．在UV-B辐射增强(709W·cm’2)的胁迫下，绿藻L一4细胞可在较短时间幽产生大餐豹o；，歇丽辩缅麓静貘系统产生伤密；但绿藻L一4瞧能在短对闻内自％迅速恢复保护酶的活力，消除oi并修复损伤的膜系统。在UV～B辐射增强的胁迫下，绿藻L一4的SOD、POD和CAT活性明显高于对照组的，该活性可僳护细胞故膜系统不受伤

7、寮。绿藻L-4中的ASP懿溪性，在uV—B辏菇增强鲍黪遗薅隆鸯升高或变化不大，可能是通过增加保护酶体系的稳定性来提高绿藻L-4对抗紫外南极冰藻对uV—B辐射增强的适应性厘其抗紫外线辐射活性物质的研究藻含量极少，不易分离和得到。其中蓝藻是继菠英辉博士之后的再一次发现，进一步证实南极确实存焱蓝藻。采用两种改进韵分离技术，优势互补的对南极冰藻进行分离。比较这两种方法，毪细滴管复洗技术具有一次完成秘培养时间短的忧点：琼脂板技术具有操作简单，分离方便的优点。自行设计两种纯化方法，并对鸯撅溶藻进嚣缝化，发瑷菰雯豢技术不逯鼹予瘫摄取滚戆缝纯，l嚣紫夕}线辐照方法可用于南极冰藻

8、的纯化。通过对南极冰藻群