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题名: 荒漠藻人工结皮及其抗盐性的研究
作者: 唐东山
答辩日期: 2006-06-15
导师: 刘永定
授予单位: 中国科学院水生生物研究所
授予地点: 水生生物研究所
学位: 博士
关键词: 荒漠藻类 ; 工程化培养 ; 藻结皮 ; 土壤酶 ; 盐胁迫 ; 抗氧化酶 ; 渗透调节物质 ; 外源性脯氨酸
摘要: 本文的研究内容包括三个部分:一是野外条件下荒漠结皮优势藻的工程化培养与固沙实验;二是人工藻结皮对沙土中土壤酶活性的影响;三是荒漠藻的抗盐性研究;第一部分与项目组其他人员合作在内蒙野外实验站完成,后两部分研究主要在实验室完成。 选择从荒漠结皮中分离的三个优势藻种:具鞘微鞘藻Microcoleus vaginatus Schk (FACHB-896),纤细席藻Phormidium tenue (Menegh.)Gom. (FACHB-886) 和 爪哇伪枝藻Scytonema javanicum (Kutz.) Born et Flah. (FACHB-887) 进行工程化培养和固沙实验(三个藻种均为实验组胡春香研究员1997年从荒漠结皮分离而来)。首先实现了野外条件下将藻种逐级扩大的工程化培养,建立和掌握了野外条件下的灭菌、接种、温度与光照强度的控制、纯度控制等一系列技术。转代培养的时间一般为5-10天,从批量培养中每批可获得0.2-0.3kg培养物(FW),从大池中可获得120-180kg/48m3培养物(FW);其次实现了培养物在沙表面的接种和藻结皮的培植,主要技术包括微喷技术、温度和光照的控制以及遮荫处理等。该实验在利用荒漠藻固沙上进行了有价值的探索,为荒漠化治理提供了新的技术基础。 测定了库布齐沙漠流动沙丘和固定沙丘中的蔗糖酶(转化酶)、碱性磷酸酶、蛋白酶和脲酶活性。研究发现:固定沙丘中的土壤酶活性显著高于流动沙丘,但与内蒙古高原上广泛分布的栗钙土相比,沙土中的土壤酶活性是很低的,土壤酶是长期生化过程积累的结果,库布齐沙地中的低酶活性反应了这类土壤中的低微生物活性,也提示了荒漠化土壤生物结皮形成及继之可能发生的生物演替可能在多层次引起沙土本质的变化。 在实验室条件下将具鞘微鞘藻(M. vaginatus ),纤细席藻(P. tenue)接种到沙土表面时,0-15d内生物量增加最快,30d能形成明显的藻结皮,60d时的藻结皮厚度达到2-3mm. M. vaginatus 结皮的生物量在60d后不再增加,P. tenue结皮的生物量在90d后不再增加。接种90d后形成的M. vaginatus 结皮使沙土中的转化酶、蛋白酶、脲酶以及碱性磷酸酶的活性均显著增强,且对转化酶和碱性磷酸酶的影响在0-90d内呈现有规律的变化,而对蛋白酶和脲酶的影响在60-90d阶段较为明显;接种90d后的P. tenue结皮使沙土中的转化酶和蛋白酶活性有一定程度的增加,而对脲酶和碱性磷酸酶的影响较大。该研究结果说明藻结皮的形成和存在能增强沙土中的土壤酶活性,从而起到加速成土过程和改良土壤的作用,证明了荒漠藻在荒漠化治理中的潜力。 盐胁迫是荒漠生态系统中最常见的胁迫因子之一,S. javanicum属于盐敏感型蓝藻,50mM NaCl 对其有胁迫效应,100mM以上时有致死效应。盐胁迫一方面使藻细胞内ROS 含量的增加,并导致脂质的过氧化产物MDA增加,对类囊体脂质的破坏引起细胞光合活性(Fv/Fm)的下降;另一方面,盐胁迫又能激活藻细胞中的抗氧化酶系统。盐胁迫下,藻细胞中的ROS,MDA,SOD 和 CAT 含量均在处理后的第2或第3天显著增加,且ROS 和 SOD 出现同步变化,这可能意味着SOD 在清除S. javanicum细胞内产生的的ROS 方面起着至关重要的作用,而细胞内的氧化胁迫可能决定于ROS和抗氧化酶系统之间的平衡,这种平衡机制可能作为一种适应性应答而存在,能保护藻细胞免受逆境下过度的氧化伤害。本研究结果揭示了盐胁迫下S. javanicum中ROS,Fv/Fm,MDA,SOD,CAT 等生理生化指标的变化,为揭示S. javanicum的抗盐机制提供了实验证据。 脯氨酸(Proline)是常见的渗透调节物质之一,在50mMNaCl胁迫下,1mM外源性 Proline能增强S. javanicum的抗盐性,缓解盐胁迫对生长(Chl.a提高)和光合效率(Fv/Fm)的抑制作用;增强抗氧化酶的活性,稳定膜结构(使MDA含量下降),并能提高硝酸还原酶(NR)的活性;而10mM外源性Proline会对S. javanicum 形成新的胁迫,导致杂菌的大量滋生和藻细胞的碎片化和迅速死亡。该实验结果对于利用外源性物质提高荒漠藻的抗逆性,从而对于荒漠藻的成功拓殖和荒漠化治理具有重要的指导意义。
语种: 中文
内容类型: 学位论文
URI标识: http://ir.ihb.ac.cn/handle/342005/12032
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荒漠藻人工结皮及其抗盐性的研究.唐东山[d].中国科学院水生生物研究所,2006.20-25
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