盐生杜氏藻抗盐胁迫生理与NO关系的初步研究

本文从NO的视角对盐生杜氏藻的抗盐胁迫进行了初步的研究,试图找出NO,这种生物学中新的信号分子是否参与了盐生杜氏藻的抗盐胁迫过程。

通过不同盐度对盐生杜氏藻生长、光和作用参数影响的研究结果表明,盐生杜氏藻具有很广的适盐范围,在本实验设定的,5‰、10‰、30‰、60‰、100‰、150‰、200‰、250‰和300‰9个盐度组中,盐生杜氏藻在60‰盐度组中细胞生长状况最好,光合作用情况也最好。

过高(200‰、250‰和300‰)或过低(5‰和10%0)的盐度,对于盐生杜氏藻都是一种胁迫,影响其细胞分裂生长和光合作用的进行。

检测不同盐度下盐生杜氏藻内NO的产生,结果表明盐生杜氏藻在生长过程中会产生NO,相比60‰盐度组,受到胁迫的5‰、10‰、30‰、100‰、150‰、200‰、250‰和300‰盐度组内NO的产量都有所增加,而且胁迫越大,NO的增加量就越大。

由此可以说明,NO很有可能参与盐生杜氏藻抗盐胁迫的过程。

盐生杜氏藻在受到盐胁迫时,体内会启动抗胁迫反应,常见的抗氧化酶系统开始发挥作用,其酶活性会升高,如SOD(SuperOxideDismutase,超氧化物歧化酶)和CAT(Catalase,过氧化氢酶)的活性。

同时,未得到清除的胁迫产物,如脂质过氧化物MDA(Malondialdehyde,丙二醛)等的产量会升高。

不同盐度下,探究NO与SOD、CAT活性以及MDA产量关系的实验结果表明：相比对照组,加入SNP(NO供体),会降低SOD与CAT活性,同时MDA产量也会降低,而加入c-PTIO(NO吞噬剂),相比对照组SOD与CAT活性升高,MDA产量也升高。

这种现象说明,合适量的外源NO,会对处于胁迫生理中的盐生杜氏藻产生保护作用,参与抵抗盐胁迫生理过程,促使盐生杜氏藻恢复正常的生理活动,这时原先用于抵抗胁迫而启动的SOD和CAT等酶活性开始下降,进而胁迫产生的氧化产物MDA等的含量也开始下降。

盐胁迫生理下,NO对盐生杜氏藻的这种保护作用,进一步说明NO参与盐生杜氏藻的抗盐胁迫生理,并起一定的积极作用。本论文研究了盐胁迫生理条件下,盐生杜氏藻内NO产生的途径。在植物体内,NO主要是由两种酶催化产生的,即类NOS(NitricOxideSynthase,一氧化氮合酶)和NR(NitrateReductase,硝酸还原酶)类。

加入L-NAME(NOS(?)抑制剂)和Na2WO4(NR抑制剂),相比对照组,均能抑制盐生杜氏藻内NO的产量。这说明,盐生杜氏藻在盐胁迫生理中NO的产生途径很有可能包括类一氧化氮合酶途径和硝酸还原酶途径。研究结果显示,两种酶产生NO的程度是不同的,在低度盐胁迫条件下,NR途径占主导地位。这一结果表明,低等的单细胞藻类具有与高等植物体类似的NO产生机制。

在300‰盐度组中,盐生杜氏藻受到很大的盐胁迫,这时类NOS途径比NR途径占优势,说明在高盐胁迫的诱导下类一氧化氮合酶活性被大量诱导。NOS途径更常见于动物和细菌体内,盐胁迫生理中盐生杜氏藻NO产生途径存在类NOS途径的现象表明,低等的海洋单细胞藻类盐生杜氏藻NO的生理代谢途径,存在与动物和细菌类似的机制。

盐生杜氏藻生长初期(第Ⅰ生长期),进入新的生存环境,各种生理条件都不稳定,其抵抗能力较弱,这时候加入SNP的浓度在50μM以上时,均对盐生杜氏藻的生长产生较大的抑制作用。当盐生杜氏藻细胞进入指数生长期(第Ⅱ生长期)时,藻细胞处在旺盛的生长分裂阶段,对外界的抵抗性比较强,这时候加入不同浓度的SNP(10μM、50μM、100μM、150μM),对藻细胞的分裂生长均没有明显的抑制作用。

加入SNP与c-PTIO均未观察到对两种代谢累积物β-胡萝卜素和甘油有明显规律性的促进或抑制作用,这可能是因为β-胡萝卜素和甘油是盐生杜氏藻的次级代谢累积物,盐生杜氏藻在生长到一定阶段才开始大量合成积累,甚至还需要一定的外界刺激条件,而SNP和c-PTIO的作用都是比较短暂的,使得这种短暂的效应对于长期的累积物产量没有明显的影响。

NO的信号途径,是一种很复杂的过程,由于NO作用的特殊性,以及NO检测的复杂性,尽管本课题有关NO在盐生杜氏藻中的研究还是初步的,但是,实验结果显示了一定的规律,盐生杜氏藻在受到盐胁迫时,通过硝酸还原酶途径和类一氧化氮合酶途径产生NO,产生的NO很可能参与到盐生杜氏藻抗盐胁迫生理过程,在胁迫过程中对藻细胞起保护作用。

但这种保护作用是如何发挥的,NO作为一种信号分子又是如何启动信号传递,启动的是怎样的信号途径等问题,还需要进一步更深入的研究。信号分子NO在低等海藻中的研究,相对比较少,这是一个拓宽NO作用的新领域,具有比较大的研究价值,可以结合现在一些先进分子生物学和生物化学研究手段,从基因蛋白水平开展更深入的探索研究。

【关键词】：盐生杜氏藻一氧化氮盐胁迫耐盐机制

【学位授予单位】：山东大学

【学位级别】：硕士