【摘要】：隨著全球變暖和水體富營養化程度的加劇,藍藻水華暴發的頻率也逐漸增加。念珠藻(Nostoc sp.)是一種絲狀固氮藍藻,能夠耐受低溫、干旱、強紫外輻射等極端環境,在全球范圍內分布廣泛,水生種主要分布在河流、湖泊、水庫等地。國外已經報道了由水體的富營養化引起的念珠藻水華的發生,并且在水華期間也檢測到了藻毒素的產生。因此,這種分布廣泛,適應能力強的藍藻也開始引起人們的關注。磷是組成生物體大分子物質的重要元素,在生物體內各項生物化學反應中發揮重要作用。環境中的磷含量能夠直接影響藻類生物量的大小和藻類群落的結構組成。水體中的溶解性磷主要由溶解性無機磷(DIP)和溶解性有機磷(DOP)組成,溶解性無機磷能夠被藻類直接利用,而溶解性有機磷則需用相關酶的水解后才能夠被利用。當環境中的無機磷被消耗殆盡,藻類對于多種形態的有機磷的利用能力顯得至關重要。因此,本論文以念珠藻作為研究材料,研究了念珠藻在無磷和不同磷源下的響應機制,并進一步探究了念珠藻在無磷和不同磷源下與其他藻類的競爭效應。研究結果如下:1.研究了念珠藻在無磷和三種不同磷源(包括:正磷酸鹽(K_2HPO_4)、含C-O-P鍵的磷酸酯(β-甘油磷酸二鈉鹽·五水化合物,β-gly)和含C-P鍵的膦酸鹽(2-氨基乙基膦酸鹽,2-amin))為單一磷源條件下的生理響應。結果表明念珠藻在無磷狀態下通過利用體內儲存的磷源仍可以維持一段時間的緩慢生長,無磷組中念珠藻的葉綠素a含量、比生長速率、光合效率顯著下降;PSII中反應中心活性降低、能量耗散增加、電子傳遞受阻,最終導致光合作用受到抑制;但無磷處理組中念珠藻的胞內外堿性磷酸酶含量顯著增高。念珠藻對于不同磷源的利用情況則為:念珠藻在K_2HPO_4和β-gly處理組中生長良好,顯著優于2-amin處理組;念珠藻在K_2HPO_4處理組中的比生長速率最高,顯著高于其余兩組有磷源處理,其次是β-gly處理組,2-amin處理組最低(但顯著高于無磷組);三種不同磷源對念珠藻的光合作用無顯著影響。生理實驗結果表明念珠藻能夠利用兩種有機磷但對磷酸酯的利用優于膦酸鹽。2.分析了念珠藻對無磷和三種不同磷源(K_2HPO_4、β-gly和2-amin)的轉錄組測定結果,揭示了念珠藻的分子調控機制。以正磷酸鹽處理組作為對照組,分析結果表明,念珠藻在無磷情況下細胞中一系列與磷吸收利用有關的基因在Pho雙組份系統的調控下發生了上調,包括胞外核酸酶基因(nucH)、膦酸鹽轉運子基因(phnCDE)、C-P鍵斷裂酶基因(phnJ)以及堿性磷酸酶基因(phoD、phoA)等,念珠藻通過這些基因的上調加強對環境中磷的吸收利用。在無磷情況下,念珠藻還通過上調ppk基因(編碼多聚磷酸鹽激酶)來增加對細胞內儲存的磷源的利用;通過甘油磷酸二酯酶基因(all0275和all1051)的上調來增加對細胞膜中磷脂的利用。此外,在光合作用方面,念珠藻細胞內petE基因和psbP基因的顯著下調也暗示了光合作用的降低,這也與生理組實驗結果相符合。除光合作用、磷代謝途徑外,氮代謝、硫中繼系統、谷胱甘酸代謝以及糖代謝均發生了變化,這也表明念珠藻通過調節細胞內多種代謝途徑來響應無磷脅迫。在β-gly處理組中,基因alr2708和alr3724表達量的增加表明念珠藻細胞內的三羧酸途徑受到促進,而ndhD和ndhF基因的上調則暗示了念珠藻細胞內氧化磷酸途徑和電子傳遞的增強。這些途徑的增強表明與正磷酸鹽相比,念珠藻對磷酸酯的利用可能需要消耗更多的能量。在2-amin處理組中,C-P鍵裂解酶基因(phnJ)的存在表明念珠藻具有利用膦酸鹽的能力,但alr3735、all4052、all2563、alr4661、alr3195和alr3798等基因的上調表明在膦酸鹽處理組中的念珠藻遭受了一定程度的氧化損傷,這可能是念珠藻在膦酸鹽處理組中生長狀況差的原因之一。此外,編碼糖酵解過程中關鍵限速酶(6-磷酸葡萄糖激酶)的基因-alr1913在不同處理組中表現出了顯著的表達差異,這也暗示了念珠藻對不同磷源的利用影響了細胞內的糖酵解過程。3.研究了在無磷和不同磷源(K_2HPO_4、β-gly和2-amin)下念珠藻和水華藍藻-顫藻混合培養以及念珠藻和水華綠藻-柵藻混合培養時的生長和競爭情況。競爭實驗結果表明,在念珠藻/顫藻初始體積比例為2:3、1:1和3:2時,最終均為念珠藻總體積大于顫藻總體積,在競爭中處于優勢地位,尤其在3:2體積比例下,顫藻的生長受到抑制程度最大,細胞密度在12天后開始下降,并且念珠藻有取代顫藻的趨勢。而在念珠藻與柵藻的混合培養中,三種不同初始體積比例的培養中均為柵藻占據競爭優勢。三種藻類的競爭力分別為:柵藻念珠藻顫藻。互補實驗中發現念珠藻和顫藻能夠產生抑制彼此生長的化感物質,柵藻也能產生抑制念珠藻生長的化感物質,但念珠藻生長過程中產生的化感物質沒有顯著影響柵藻的生長。此外,實驗發現,念珠藻在三種磷源中的生長情況與第一部分的生理組實驗的結果類似;顫藻在磷酸酯處理組中生長優于正磷和膦酸鹽處理組;柵藻在生長過程中消耗的正磷酸鹽的量顯著大于顫藻;在磷源充足時,不同形態的磷源對三種藻類的競爭效應的影響不顯著,競爭能力的大小主要與藻類自身的生長速度以及化感物質的產生有關。
【圖文】：

生物統計分析方法使用 SPSS 22.0 進行單因素方差分析（One-way ANOVA）及 LSD 多重比較。所得數據采用 Origin 9.0 進行作圖，p < 0.05 時，具有顯著差異，用*表示；p < 0.01時認為具有極顯著差異，用**表示。2.2 結果2.2.1 葉綠素a濃度及比生長速率念珠藻在無磷及不同磷源中培養 16 天，各處理組的念珠藻葉綠素a濃度如圖 2-1A所示。無磷處理組以及 2-amin處理組念珠藻的葉綠素a濃度顯著低于對照組（K2HPO4處理組）（p< 0.01）。而β-gly處理組的葉綠素a濃度與對照組相比，并無顯著差異。無磷處理組、K2HPO4處理組、β-gly處理組以及 2-amin處理組第 10 天到第 16 天的比生長速率分別為 0.074 ± 0.019, 0.166 ± 0.010, 0.122 ± 0.002 和 0.097 ± 0.009（圖 2-1B）。結果表明，K2HPO4處理組念珠藻比生長速率最高，無磷組最低，β-gly處理組和 2-amin處理組與對照相比顯著降低（p < 0.01）。

第 2 章 無磷和不同磷源條件下念珠藻的生理響應光響應曲線(RLCs)和PSII電子傳遞速率中念珠藻的RLC曲線如圖 2-2 所示，，無磷處理組的光響應天時，同K2HPO4處理組相比較，無磷處理組念珠藻的α值（R-1，p < 0.05），而β-gly處理組和 2-amin處理組同對照組相.05）。此外，無磷組光響應曲線的光飽和點（Ik）和最大相對照組相比分別下降了 29.78%和 39.42%（表 2-1，p 0.0
【學位授予單位】：西南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：X52;X173

【參考文獻】

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1 金杰;劉素美;;海洋浮游植物對磷的響應研究進展[J];地球科學進展;2013年02期

2 祁云霞;劉永斌;榮威恒;;轉錄組研究新技術:RNA-Seq及其應用[J];遺傳;2011年11期

3 萬蕾;朱偉;趙聯芳;;氮磷對微囊藻和柵藻生長及競爭的影響[J];環境科學;2007年06期

4 周名江;朱明遠;;“我國近海有害赤潮發生的生態學、海洋學機制及預測防治”研究進展[J];地球科學進展;2006年07期

5 王欣伊;闞振榮;李彥芹;昌艷萍;王梅梅;;念珠藻生長特性研究[J];生命科學研究;2006年01期

6 李英;呂頌輝;徐寧;謝隆初;;東海原甲藻對不同磷源的利用特征[J];生態科學;2005年04期

7 王圣瑞;趙海超;金相燦;顏昌宙;劉景輝;;沉水植物黑藻對不同磷化合物的轉化與吸收[J];中國環境科學;2005年06期

8 張民,史小麗,蔣麗娟,楊柳燕,高光,秦伯強;兩種外源性磷及振蕩對銅綠微囊藻(Microcystis aeruginosa)生長的影響[J];應用與環境生物學報;2002年05期

9 周名江,朱明遠,張經;中國赤潮的發生趨勢和研究進展[J];生命科學;2001年02期

10 林瓊芳;國外赤潮調查研究概況[J];海洋環境科學;1988年01期

本文編號：2682866