碳代谢干扰物乙醛酸对微藻生理生态特性的影响

摘要

乙醛酸是一种能够增加高等植物和一些蓝藻光合合成的物质,它能激发碳代谢,改变细胞的碳通量。为了更直接地了解非平衡碳氮代谢对微藻的影响,本实验采用添加了适量乙醛酸的培养基分别培养铜绿微囊藻、蛋白核小球藻及斜生栅藻,结果显示乙醛酸对这3种微藻的生长、多聚糖、表型、光合作用特性及抗氧化系统产生了一定的影响,具体结果如下。
　　 1、乙醛酸对细胞密度的影响
　　 高浓度乙醛酸(1.25 mM)处理的铜绿微囊藻细胞密度随着时间的变化呈显著下降趋势,低浓度(0.25,0.5 mM)使藻细胞生长出现延滞;在乙醛酸对小球藻的实验中,低浓度(0.25,0.5 mM)处理组蛋白核小球藻细胞密度并没有显著影响,但高浓度乙醛酸(1.25 mM)处理组的蛋白核小球藻细胞数量与对照组相比下降明显;低浓度的乙醛酸(0.25,0.5 mM)没有对斜生栅藻的生长产生显著影响,但0.85和1.25 mM乙醛酸抑制了藻的生长。实验结束时,斜生栅藻的高浓度(0.85和1.25 mM)乙醛酸处理组生长率明显高于低浓度(0.25,0.5 mM)处理组,这表明低浓度处理组已经达到了生长的平台期,而高浓度处理组在度过乙醛酸对生长的抑制期后开始逐渐复苏。实验结果表明,尽管乙醛酸是一种能够促进高等植物和一些蓝藻光合合成的物质,但如果一定浓度的乙醛酸对微藻产生了胁迫作用且超过微藻自身调节能力,会抑制其生长。
　　 2、乙醛酸对多聚糖含量的影响
　　 在乙醛酸的影响下,铜绿微囊藻的固着多聚糖和总多聚糖含量随着乙醛酸浓度的增加而升高,与对照相比,不同浓度的乙醛酸总多糖含量显著升高,5天的数据显示乙醛酸和时间对固着多糖和总多糖产生明显的交互作用;高浓度乙醛酸处理组的蛋白核小球藻胞外多聚糖含量显著高于对照组,约是对照组的3倍。而固着多糖的含量也显著高于对照组,约是对照的2倍。0.5 mM和1.25 mM乙醛酸处理组的蛋白核小球藻总多聚糖含量均显著高于对照组。斜生栅藻的胞外游离多聚糖、固着多聚糖及总多聚糖含量在各个浓度乙醛酸的作用下,于实验的第9天,与对照相比均显著升高。整个9天的数据显示,乙醛酸和时间对斜生栅藻的固着多聚糖和总多聚糖产生了明显的交互作用。
　　 3、乙醛酸对细胞表型的影响
　　 在乙醛酸处理铜绿微囊藻的实验中,每个体所含细胞数明显高于对照组;蛋白核小球藻的不同浓度乙醛酸处理组中均有群体出现,对照组没有出现细胞聚集现象。1.25 mM乙醛酸处理的小球藻从实验第3天到实验结束,单细胞比例逐渐减少,群体的比例从0％增加到25.2％,每个体细胞数显著高于对照组:乙醛酸处理斜生栅藻的实验中,对照组大多以单细胞形态存在,而处理组中4细胞个体的比例迅速上升,并在3天后上升到40％-60％,每个体细胞含量也显著升高。目前的研究显示,群体出现的同时胞外多聚糖含量也有所增加,这表明在乙醛酸作用下,胞外多聚糖含量的增加对微藻细胞群体的形成有显著影响。
　　 4、乙醛酸对PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)和PSⅡ有效光量子产量(Φ9SⅡ)的影响
　　 在乙醛酸的影响下,铜绿微囊藻的Fv/Fm及ΦPSⅡ随时间逐渐下降,且各处理组之间有显著差异,与对照相比,0.5和1.25 mM浓度乙醛酸使铜绿微囊藻的Fv/Fm及ΦPSⅡ显著下降;在乙醛酸的作用下蛋白核小球藻的Fv/Fm及ΦPSⅡ随着时间的延长,均随浓度的升高而降低,与对照相比,在高浓度乙醛酸(1.25 mM)的影响下,小球藻的Fv/Fm及ΦPSⅡ显著降低;斜生栅藻乙醛酸处理组的PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)大概在0.6左右,最高乙醛酸浓度(1.25 mM)处理组的(Fv/Fm)在第3天显著低于其他处理组,处理组与对照组之间差异明显。在实验的第5天,高浓度乙醛酸处理组(0.85,1.25 mM)的Fv/Fm与ΦPSⅡ值均出现回升的趋势,并在实验结束时超过对照组。
　　 5、乙醛酸对抗氧化系统物质的影响
　　 从测定的各项生理指标来看,乙醛酸处理组铜绿微囊藻的抗氧化系统物质(即超氧化物歧化酶SOD、过氧化氢酶CAT活性,谷胱甘肽GSH含量)随着时间和乙醛酸浓度改变呈现波动性交化,抗氧化系统物质对铜绿微囊藻抵御乙醛酸造成的氧化压力起着重要的作用,但这种防御会随着时间的延长和药物浓度的升高而耗尽。铜绿微囊藻的1.25 mM处理组中,GSH含量在实验的第5天显著低于对照,这可能与乙醛酸对它的抑制作用有关。蛋白核小球藻在乙醛酸的影响下,抗氧化系统物质随着乙醛酸浓度升高和时间的延长而增加,1.25 mM乙醛酸处理组的SOD和CAT活性显著高于对照。
　　 总的来说,高浓度的乙醛酸会严重抑制了铜绿微囊藻、蛋白核小球藻的生长,斜生栅藻的生长在实验的早期也会被高浓度乙醛酸抑制,但实验后期逐渐开始复苏。这表明斜生栅藻对乙醛酸的耐受率高于其他两种藻。在细胞形态的变化方面来看,除了铜绿微囊藻没有出现明显的群体,蛋白核小球藻和斜生栅藻的乙醛酸处理组均出现不同程度的藻细胞聚集。经乙醛酸处理,铜绿微囊藻、蛋白核小球藻和斜生栅藻胞外游离多聚糖、固着多聚糖及总多聚糖含量均高于对照组。叶绿素荧光参数显示,乙醛酸对3种微藻的PSⅡ光反应中心产生了胁迫,导致其Fv/Fm及ΦPSⅡ随时间延长及药物浓度的升高表现出越来越明显的抑制作用,其中高浓度乙醛酸(1.25 mM)对铜绿微囊藻的胁迫作用比对蛋白核小球藻的胁迫更加明显。但斜生栅藻的高浓度处理组(0.85,1.25 mM)Fv/Fm与ΦPSⅡ值在实验的后期,均出现回升的趋势,并在实验结束时超过对照组。SOD、CAT及GSH含量的变化反映出了微藻细胞中超氧负离子的积累程度即微藻受到的胁迫程度。铜绿微囊藻的各抗氧化系统物质在实验的最后均呈现下降的趋势,细胞内的超氧负离子的积累超过其清除能力,而蛋白核小球藻的各指标则仍在升高,这表明蛋白核小球藻的抗氧化系统仍在调控细胞内的氧代谢平衡。