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题名: 发菜培养物的生理生态研究
作者: 赵学敏
答辩日期: 2008-06-17
导师: 胡征宇
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: 念珠藻 ; 发菜 ; 光合作用
摘要: 发菜是一种珍贵的食用蓝藻,具有一定的药用价值和经济价值。野生发菜的分布有很大的区域限制,在我国仅分布于北部和西北部的干旱和半干旱地区。发菜自然生长非常缓慢,现存的发菜资源有限,难以满足市场需求。因此开展室内培养发菜的研究工作对于利用和保护发菜资源具有重要意义。 本文以室内发菜培养物为研究对象,探讨了室内培养发菜的形态发育过程、生理生化特性与环境因子之间的关系及其适应逆境的生存策略;并且进行了发菜培养物转接到土壤上培养的初步尝试,为发菜培养物转向陆生环境生长提供实验依据。主要研究结果如下: 固体培养发菜在黑暗与低光强(<1 µmol• m-2• s-1)条件下细胞发育受到抑制,停留在单根藻丝状态,不能完成发育过程。在光强10、20、30、60 µmol• m-2• s-1条件下细胞生长良好,但在60 µmol• m-2• s-1时藻丝容易变黄。液体充气培养发菜在20、60、180 µmol• m-2• s-1条件下生长良好,但在180 µmol• m-2• s-1时藻丝较黄。液体充气培养发菜的生长速率、类胡萝卜素与多糖含量均随光强升高而增加。发菜在低营养水平时形成的异形胞较多,异形胞发生位置也多样,有端生、间生和连生。当琼脂浓度为0.5-4%时发菜具有相同的形态发育特征,从藻殖段发育至丝状聚集体状态,再从聚集体中释放藻丝;当琼脂浓度为6-8%时发菜发育至丝状聚集体状态,藻丝包裹在厚胶鞘中,观察不到藻丝和藻殖段的释放。以上结果表明光照及其强度和培养基的含水量对发菜细胞发育具有重要影响。 发菜对不同氮磷浓度生理响应的结果显示:BG11培养发菜生长速率最快,氮营养缺乏时生长速率次之,低氮低磷和磷缺乏时生长缓慢甚至停止生长。与氮元素相比,磷元素是生长的限制因子。不同氮磷浓度处理对光合放氧没有显著影响,与BG11培养相比,缺氮、低氮低磷和缺磷培养下呼吸作用显著增强。不同氮磷浓度影响发菜藻丝长度。低氮低磷与缺磷培养诱导产生一类能够分泌胞外碱性磷酸酶的小细胞,这类小细胞使得发菜胞外碱性磷酸酶活性显著升高。 室内培养发菜在0.1M NaCl时色素含量最高,在0.2M NaCl时光合速率、蔗糖和胞外多糖含量最高。在高盐胁迫下色素含量降低很快,吸收光谱吸收峰消失。低盐胁迫对发菜的PSII活性没有显著影响;高盐胁迫明显降低PSII活性,当去除胁迫后PSII活性得到部分恢复,并且盐浓度越高,PSII活性恢复越慢。结果表明室内培养发菜能耐受一定范围的盐胁迫,盐胁迫下能增加蔗糖和胞外多糖含量保护细胞免受损伤。当室内培养发菜向野外转移生长时需要避免高盐胁迫以及高光强和盐胁迫的共同作用,以免产生光合伤害。 UV-B抑制发菜叶绿素荧光(Fv/Fm),随UV-B辐射剂量增加与照射时间延长,Fv/Fm逐渐降低。不同UV-B辐射剂量(0.05,0.1,0.3,0.5 mW•cm-2)照射6h后Fv/Fm值分别降低了78%,89%,96%,95%。去除UV-B辐射后发菜能部分恢复光合活性。干旱对发菜光合活性没有显著影响,但是干旱和UV-B共同处理后发菜呼吸作用显著增强、整条电子传递链活性降低、SOD活性显著升高,说明干旱和UV-B对发菜培养物的影响存在交互效应。 发菜湿润1h后Fv/Fm快速增加到最大值的1/3,随后Fv/Fm值增加缓慢,湿润24h后Fv/Fm不再有太大变化。吸水过程中不同温度下Fv/Fm的变化趋势相同,但吸水1h后25和35℃条件下Fv/Fm值高于5和15℃条件下的Fv/Fm值。叶绿素a含量随着恢复温度的升高而增加。不同温度下吸水1、4和24h后的叶绿素荧光诱导的动力学曲线显出较大的差异。在5和15℃条件下,吸水1h后,叶绿素荧光诱导曲线没有显示典型的O-J-I-P相,吸水4h和24h后,荧光强度上升但是J相与P相水平相当。在25和35℃条件下,尤其是吸水24h后,荧光强度增加显示出典型的叶绿素荧光曲线,表示出正常的生理状态。这些结果表明发菜能在较宽的温度范围内恢复光合活性。重吸水期间,温度并不改变发菜重吸水后光合活性的恢复时间,但能改变光合活性的恢复速率和恢复程度。在高温下发菜具有快速吸水和恢复光合活性的能力将有助于发菜在恶劣的环境中存活,这些特征将使我们更好的理解发菜在干旱环境中的生存策略。 发菜培养物接种于土壤形成人工藻结皮,但是水分对发菜人工藻结皮的形成有哪些作用,发菜藻结皮对土壤又将会产生哪些影响目前都是未知的。本文初步研究了浇水量对发菜藻结皮的形成以及藻结皮对土壤肥力和稳定性的影响。结果显示浇水量升高,发菜结皮生物量(以叶绿素a含量表示)增加,Fv/Fm比值上升。试验期间温度光强变化较大,最高气温与最低气温分别为34℃和4℃,晴天光强最高达178100 lux时温度为32℃,但发菜结皮能继续生长,说明发菜结皮可在较宽的温度范围内生长,能同时耐受高光高温。不同浇水量的发菜结皮中蛋白酶、脲酶、磷酸酶活性均高于对照。与低浇水量(200mm/年)相比,中等浇水量(300mm/年)提高转化酶和磷酸酶活性,高浇水量(400mm/年)提高蛋白酶和磷酸酶活性。由于不同浇水量的发菜结皮产生的粗颗粒(>0.9mm)增多,细颗粒(<0.45mm)减少,发菜结皮土壤抗团聚体破碎能力明显强于对照。高浇水量的快速湿润和缓慢湿润处理后的MWD显著高于对照。结果表明发菜结皮能够提高土壤酶活性和增强土壤团聚体稳定性。
语种: 中文
内容类型: 学位论文
URI标识: http://ir.ihb.ac.cn/handle/342005/12236
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发菜培养物的生理生态研究.赵学敏[d].中国科学院水生生物研究所,2008.20-25
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