金文育 關(guān)萬(wàn)春 李 平 岑競(jìng)儀 呂頌輝

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三種甲藻對(duì)陽(yáng)光紫外輻射響應(yīng)機(jī)制的種間差異

金文育1關(guān)萬(wàn)春1李 平2岑競(jìng)儀3呂頌輝3

(1. 溫州醫(yī)科大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院海洋生物技術(shù)系, 溫州 325035; 2. 汕頭大學(xué)海洋生物研究所, 汕頭 515063; 3. 暨南大學(xué)赤潮與水環(huán)境研究中心, 廣東 510632)

東海原甲藻; 海洋原甲藻; 米氏凱倫藻; 陽(yáng)光紫外輻射; 光化學(xué)效率; 紫外吸收物質(zhì)

從發(fā)現(xiàn)南極臭氧空洞以來(lái), 光生物學(xué)的研究領(lǐng)域便出現(xiàn)了一個(gè)新的研究方向, 即研究陽(yáng)光紫外輻射(Ultraviolet radiation, UVR)對(duì)藻類的影響[1]。眾多研究表明, 陽(yáng)光UVR對(duì)藻類具有明顯的負(fù)面效應(yīng), 如UVR抑制光合固碳和生長(zhǎng), 并導(dǎo)致DNA和蛋白的損傷[2—4]。但也有少數(shù)研究發(fā)現(xiàn), 在一定條件下, 陽(yáng)光UVR具有正面效應(yīng), 如紫外線A(UV-A)有利于DNA損傷后的修復(fù)[2], 并促進(jìn)細(xì)胞的光合固碳[5, 6]。然而, 在自然界中, 陽(yáng)光UVR的負(fù)面效應(yīng)遠(yuǎn)大于其正面效應(yīng), 所以, 更多的研究都是關(guān)注UVR對(duì)藻類的負(fù)面效應(yīng)影響。陽(yáng)光UVR對(duì)藻類的各種影響, 最終體現(xiàn)在光合作用、光化學(xué)效率和生長(zhǎng)方面。

陽(yáng)光紫外輻射對(duì)藻細(xì)胞的短期影響主要是引起光系統(tǒng)II (PSII)D1蛋白的光抑制以及不可逆光損傷[7—11], 從而降低了電子在光合電子傳遞鏈中傳遞的速度[12, 13]。但是, 藻細(xì)胞具有一定的保護(hù)機(jī)制, 可以通過(guò)加快D1蛋白的合成速率, 補(bǔ)充受損數(shù)量, 改變其損傷與修復(fù)之間的平衡[8—10], 從而降低陽(yáng)光紫外輻射對(duì)藻細(xì)胞的傷害, 如聚球藻sp. (PCC6803) 就較明顯[14—16]。陽(yáng)光紫外輻射對(duì)藻細(xì)胞光化學(xué)效率的抑制作用強(qiáng)弱, 還存在較明顯的種間差異[7, 8]。

當(dāng)藻細(xì)胞接受長(zhǎng)時(shí)間的陽(yáng)光紫外輻射后(數(shù)天或數(shù)周), 紫外輻射對(duì)藻細(xì)胞的損傷作用將顯著下降, 這是因?yàn)樵寮?xì)胞可通過(guò)一些機(jī)制來(lái)提升自己抵抗陽(yáng)光紫外輻射的能力, 常見(jiàn)的保護(hù)機(jī)制有合成紫外吸收物質(zhì)(UV-absor-bing compounds, UVabc)[17]和提高葉黃素的含量(如類胡蘿卜素可清除細(xì)胞內(nèi)過(guò)多的活性氧對(duì)細(xì)胞的傷害[18])。UVabc的吸收峰主要集中在310—360 nm[19, 20], 但并不是所有的藻細(xì)胞都可以通過(guò)該機(jī)制來(lái)保護(hù)自己。Garcia-Pichel[19]強(qiáng)調(diào)利用合成UVabc的保護(hù)機(jī)制與細(xì)胞粒徑大小有關(guān)。細(xì)胞直徑小于1 μm的藻細(xì)胞不能利用紫外吸收物質(zhì)進(jìn)行自我保護(hù), 而10—100 μm的藻細(xì)胞則可以有效的利用紫外吸收物質(zhì)提高對(duì)UVR的抵抗能力, 1—10 μm的藻細(xì)胞雖然也可以利用該機(jī)制, 但需要大量耗能[19]。

隨著全球氣候的變化, 溫度升高, 導(dǎo)致水體混合過(guò)程減弱, 混合層變淺, 因此浮游植物細(xì)胞停留在混合層的時(shí)間增加[21], 從而所接收的陽(yáng)光輻射總量也相應(yīng)增加, 受到陽(yáng)光紫外輻射的影響也將加劇。有害藻華物種將如何響應(yīng)這一變化, 是目前有害藻華研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。海洋甲藻有害藻華的暴發(fā), 對(duì)近岸水環(huán)境尤其是養(yǎng)殖區(qū)造成較嚴(yán)重的影響[22]。在我國(guó)東海和南海近岸, 常發(fā)生米氏凱倫藻()、海洋原甲藻()和東海原甲藻()的藻華[23—25], 對(duì)水環(huán)境造成一定影響, 因此本文選取這三種較常見(jiàn)的藻華種開(kāi)展研究, 探討其對(duì)陽(yáng)光紫外輻射的響應(yīng)機(jī)制, 并對(duì)比響應(yīng)機(jī)制的種間差異, 以此分析隨著全球氣候變化, 紫外輻射增加是否會(huì)影響赤潮的發(fā)展進(jìn)程。

1 材料與方法

1.1 藻種

米氏凱倫藻((C32))、海洋原甲藻()分別在2009年和2012年分離于珠江口, 東海原甲藻()在2011分離于東海。三種甲藻分別采用f/2 培養(yǎng)基, 在50 μmol photons/(m2×s) (12L︰12D) 、20℃的培養(yǎng)箱中保種。開(kāi)展陽(yáng)光紫外輻射實(shí)驗(yàn)前, 藻細(xì)胞置于100 μmol photons/(m2×s) 的條件下適應(yīng)培養(yǎng)12d, 并選擇對(duì)數(shù)期的藻細(xì)胞開(kāi)展實(shí)驗(yàn)。

1.2 陽(yáng)光輻射監(jiān)測(cè)和太陽(yáng)輻射處理

太陽(yáng)輻射的監(jiān)測(cè)采用ELDONET光譜輻射儀(德國(guó)產(chǎn))。該光譜輻射儀可同時(shí)監(jiān)測(cè)三個(gè)波段的輻射強(qiáng)度與計(jì)量: 光合有效輻射, 即可見(jiàn)光(PAR, 400—700 nm)、UV-A (315—400 nm)和紫外線B (UV-B, 280—315 nm)。

實(shí)驗(yàn)采用的石英管為2 cm (內(nèi)徑)× 7 cm (長(zhǎng)度)和5.9 cm (內(nèi)徑)× 35 cm (長(zhǎng))兩種規(guī)格, 控溫水浴溫度為(20 ± 0.5)℃(CAP-3000, Rikakikai, Tokyo, Japan)。

將樣品分裝于石英管, 密閉后置于流水水槽中, 進(jìn)行控溫。通過(guò)包裹紫外濾膜使樣品接受不同的太陽(yáng)輻射處理: (1)PAR+UV-A+UV-B (PAB處理), 石英管用Ultraphan Film 295 (德國(guó)產(chǎn))包裹, 使細(xì)胞接受295 nm以上的光波; (2)PAR+UV-A(PA處理), 石英管用Folex320濾膜(德國(guó)產(chǎn))包裹, 使細(xì)胞接受320 nm以上的光波; (3)PAR(P處理), 石英管用Ultraphan Film 395(德國(guó)產(chǎn))包裹, 使細(xì)胞接受400 nm以上的光波。為了避免藻細(xì)胞從室內(nèi)轉(zhuǎn)移到室外因?yàn)楦吖鈴?qiáng)出現(xiàn)死亡的情況, 在室外長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)開(kāi)始的前4d, 采用中性網(wǎng)遮蓋, 濾除50%的陽(yáng)光輻射, 然后從第5天開(kāi)始, 藻細(xì)胞接收100%的陽(yáng)光輻射處理。三種甲藻的初始接種密度分別為1.5×103cells/mL (米氏凱倫藻)、2×103cells/mL (海洋原甲藻)和2.8×104cells/mL (東海原甲藻)。每天早中晚分別輕微的混勻藻液, 避免藻細(xì)胞沉淀。采用浮游植物計(jì)數(shù)框在顯微鏡 (BX50F4, Olympus optical CO. LTD., Japan)下對(duì)藻細(xì)胞進(jìn)行計(jì)數(shù), 計(jì)算細(xì)胞密度, 觀察三種藻細(xì)胞的生長(zhǎng)情況。

1.3 光化學(xué)效率的測(cè)定和抑制率的計(jì)算

葉綠素?zé)晒鈪?shù)用脈沖調(diào)制熒光儀(WATER-PAM, 德國(guó)產(chǎn))進(jìn)行測(cè)定。藻細(xì)胞在接受陽(yáng)光輻射處理過(guò)程中, 10—20min測(cè)定一次光化學(xué)效率, 連續(xù)檢測(cè)60min內(nèi)的變化情況, 隨后置于室內(nèi)(20℃), 在光強(qiáng)為10 μmol photons/ (m2×s)(光源為熒光燈)的可見(jiàn)光條件下, 測(cè)定光化學(xué)效率的恢復(fù)狀況。飽合光強(qiáng)為5300 μmol photons/(m2×s), 飽合脈沖時(shí)間0.8s。測(cè)量光為0.3 μmol photons/(m2×s)。參考Genty等[26]計(jì)算熒光參數(shù):

有效光化學(xué)效率(Effective quantum yield)?=vm(1)

m: 光適應(yīng)狀態(tài)下的最大熒光值;

v: 光適應(yīng)狀態(tài)下的最大可變熒光值,v=m–t(2)

t: 光適應(yīng)狀態(tài)下的初始熒光值。

1.4 紫外吸收物質(zhì)的檢測(cè)

取25或50 mL的藻液過(guò)濾, 將帶有藻細(xì)胞的濾膜放入5 mL的純甲醇溶液中, 置于4℃的低溫條件下過(guò)夜, 離心(1500 g, 10min), 取上清液, 用紫外可見(jiàn)光譜分析儀(UV2501-PC, SHIMADZU Corporation, Japan)測(cè)定其光譜特性, 觀察細(xì)胞的紫外吸收物質(zhì)。

1.5 數(shù)據(jù)分析

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用One-way ANOVA(Turkey test)分析, 顯著水平設(shè)為<0.05。

2 結(jié)果

實(shí)驗(yàn)于2012年8月8日至8月16日之間開(kāi)展, 米氏凱倫藻的室外長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)為8月11日到8月16日, 兩種原甲藻的室外長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)為8月8日至8月14日, 實(shí)驗(yàn)期間的陽(yáng)光日輻射量見(jiàn)圖1A。米氏凱倫藻從室內(nèi)轉(zhuǎn)移到室外接收陽(yáng)光紫外輻射的前2d, 與P處理相比較, PA和PAB處理的生長(zhǎng)受到了顯著抑制, 且PAB的抑制程度最大。而經(jīng)過(guò)2d的停滯適應(yīng)期, 細(xì)胞的生長(zhǎng)加快, 其比生長(zhǎng)速率達(dá)到與P處理相等的水平(圖1B)。接著4d的生長(zhǎng), 在三種輻射處理下的細(xì)胞密度達(dá)到相同水平。對(duì)于兩種原甲藻來(lái)說(shuō), 當(dāng)它們從室內(nèi)轉(zhuǎn)移到室外接收陽(yáng)光輻射后, 最初的2d內(nèi), PA和PAB沒(méi)有出現(xiàn)類似于米氏凱倫藻的明顯停滯期, 但其細(xì)胞密度依然低于P處理的(圖1C、D)。海洋原甲藻在前4d, P的生長(zhǎng)顯著高于PA和PAB的, 而東海原甲藻三種輻射處理間的生長(zhǎng)差異較前者小。

A代表實(shí)驗(yàn)過(guò)程中陽(yáng)光日輻射量變化; B-D. 米氏凱倫藻、海洋原甲藻、東海原甲藻的生長(zhǎng)曲線, 豎線代表標(biāo)準(zhǔn)差,=4; 圖中虛線表示藻細(xì)胞接受50%的陽(yáng)光輻射

A, daily doses of solar PAR, UV-A and UV-B during experiment. B, C, and D shown the variation of cell densities for,and, respectively. The vertical lines indicate SD (=4). The dot line in B, C and D indicated the cells received 50% of solar radiation

A、B、C代表米氏凱倫藻、海洋原甲藻和東海原甲藻從室內(nèi)轉(zhuǎn)移到室外的情況; D、E、F分別代表米氏凱倫藻、海洋原甲藻和東海原甲藻經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期陽(yáng)光輻射適應(yīng)后的情況; 豎線代表標(biāo)準(zhǔn)差,=8

During 60 min exposures to P, PA or PAB before (A, B and C) or after long-term acclimation (D, E and F) to solar radiation. The vertical lines indicate SD (=8, 2 cultures, 4 samples from each culture)

室內(nèi)培養(yǎng)的三種藻細(xì)胞轉(zhuǎn)移至室外接收陽(yáng)光輻射后, 其光化學(xué)效率都顯著下降, 可見(jiàn)光對(duì)三種藻光化學(xué)效率的抑制作用最大, 光化學(xué)效率分別被抑制了60%到80% (圖2A-C)。當(dāng)達(dá)到穩(wěn)定后, 米氏凱倫藻的光化學(xué)效率下降為初始值的30%(P)、18%(PA)和14%(PAB), 且紫外輻射導(dǎo)致光化學(xué)效率進(jìn)一步下降了12%(UVA)和16%(UVR)。海洋原甲藻的光化學(xué)效率下降到初始值的35%(P)、15% (PA)和14%(PAB), 且紫外輻射導(dǎo)致光化學(xué)效率進(jìn)一步下降了20%(UVA)和21%(UVR)。東海原甲藻光化學(xué)效率下降到初始值的: 18%(P)、11%(PA)和8%(PAB), 且紫外輻射導(dǎo)致光化學(xué)效率進(jìn)一步下降了7%(UVA)和10% (UVR)。在三種藻細(xì)胞之間, 東海原甲藻光化學(xué)效率下降幅度最大。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的陽(yáng)光輻射適應(yīng)后, 三種藻光化學(xué)效率下降的程度明顯減小, 米氏凱倫藻下降為初始的30% (P)、20% (PA)和20% (PAB), 紫外輻射對(duì)光化學(xué)效率的抑制作用明顯減輕, 而對(duì)于兩種原甲藻來(lái)說(shuō), 可見(jiàn)光(P)和陽(yáng)光紫外輻射(PA和PAB)對(duì)光化學(xué)效率的抑制作用都顯著減小, 且光化學(xué)效率的下降主要是由于可見(jiàn)光引起的, 沒(méi)有檢測(cè)到紫外輻射對(duì)光化學(xué)效率的抑制作用(圖2D-F)。測(cè)定損傷1h內(nèi), 米氏凱倫藻所接受的平均陽(yáng)光輻射分別為277.41(PAR)、42.79(UV-A)和1.44(UV-B); 海洋原甲藻所接受的平均陽(yáng)光輻射分別為322.63(PAR)、49.77(UV-A)和1.68(UV-B); 東海原甲藻所接受的平均陽(yáng)光輻射分別為309.99(PAR)、47.82(UV-A)和1.61(UV-B)。雖然米氏凱倫藻所接受的陽(yáng)光紫外輻射強(qiáng)度較小, 但其紫外輻射對(duì)光化學(xué)效率的抑制作用在實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)依然較顯著(圖2D)。

從藻細(xì)胞光化學(xué)效率的恢復(fù)程度來(lái)看, 米氏凱倫藻和海洋原甲藻由室內(nèi)轉(zhuǎn)移到室外接受陽(yáng)光輻射1h, 再經(jīng)過(guò)60min的恢復(fù)后, 可恢復(fù)到初始值的75%—80%, 經(jīng)過(guò)360min后, 僅恢復(fù)到初始的90%左右(圖3A、B)。東海原甲藻在經(jīng)過(guò)60min的恢復(fù)后, 只能恢復(fù)到初始值的55%— 60%, 明顯慢于前兩種藻的恢復(fù)速率, 但在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后(360min), 卻可以完全恢復(fù)并達(dá)到初始值的水平(圖3C)。三種藻細(xì)胞在陽(yáng)光輻射條件下經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期適應(yīng)后, 藻細(xì)胞的恢復(fù)速度加快, 經(jīng)過(guò)60min后, 米氏凱倫藻便可以達(dá)到初始的95%, 兩種原甲藻都可以達(dá)到初始狀態(tài)(圖3D-F)。

A、B、C代表米氏凱倫藻、海洋原甲藻和東海原甲藻從室內(nèi)轉(zhuǎn)移到室外的情況; D、E、F分別代表米氏凱倫藻、海洋原甲藻和東海原甲藻經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期陽(yáng)光輻射適應(yīng)后的情況; 豎線代表標(biāo)準(zhǔn)差,=8

During 60 min exposures to P, PA or PAB before (A, B and C) or after long-term acclimation (D, E and F) to solar radiation. The vertical lines indicate SD (=8, 2 cultures, 4 samples from each culture)

通過(guò)對(duì)比三種甲藻初始和三種輻射處理之間的紫外吸收物質(zhì)(UVabc)掃描光譜可以直觀的看出, 三種甲藻都含有較高濃度的紫外吸收物質(zhì)(圖4), 這對(duì)于三種甲藻能較快的適應(yīng)陽(yáng)光紫外輻射是至關(guān)重要的。經(jīng)過(guò)室外長(zhǎng)期陽(yáng)光輻射適應(yīng)培養(yǎng)后, 米氏凱倫藻和東海原甲藻細(xì)胞內(nèi)的紫外吸收物質(zhì)(310—360 nm)的波峰沒(méi)有明顯變化, 這說(shuō)明這兩種藻細(xì)胞自身合成紫外吸收物質(zhì)的能力不受到紫外輻射的影響(圖4A、C)。而海洋原甲藻的紫外吸收物質(zhì)的濃度受到紫外輻射的促進(jìn), 在PA和PAB條件下, 紫外吸收物質(zhì)的吸收峰顯著增加, 且UV-A和UV-B都可以促進(jìn)紫外吸收物質(zhì)的合成和積累(圖4B)。

3 討論

3.1 UVR對(duì)微藻的影響

已有研究表明短期急性的接收陽(yáng)光紫外輻射, 微藻的光合活性會(huì)受到顯著的損傷[6, 27, 28]。但藻細(xì)胞可以通過(guò)一系列的保護(hù)機(jī)制來(lái)應(yīng)對(duì)陽(yáng)光輻射的傷害[29]。首先, 借助葉黃素循環(huán)的光保護(hù)機(jī)制, 這一機(jī)制在藻類和高等植物中都存在; 其次, 天線色素可以耗散掉過(guò)多的激發(fā)能, 從而保護(hù)細(xì)胞免受傷害[29]。而在光系統(tǒng)II D1蛋白損傷后, 電子傳遞速率下降, 從而細(xì)胞表現(xiàn)出來(lái)的光失活也是一種有效的保護(hù)機(jī)制[12, 13]。然而, 長(zhǎng)期的陽(yáng)光輻射適應(yīng)后(數(shù)天或數(shù)周), 細(xì)胞還可以表現(xiàn)出不同程度的光適應(yīng), 這一機(jī)制與紫外吸收物質(zhì)的合成[30]及D1蛋白的合成速率有關(guān)[14—16]。

A、B、C代表米氏凱倫藻、海洋原甲藻和東海原甲藻;0代表三種藻細(xì)胞接受陽(yáng)光輻射適應(yīng)前的情況

A.; B.; C.;0the beginning of and the end of the long-term experiment. Three dinoflagellates species exposed to P, PA and PAB treatments

當(dāng)藻細(xì)胞轉(zhuǎn)移到室外后, 陽(yáng)光輻射對(duì)三種甲藻造成了顯著的光抑制(圖2), 并且紫外輻射進(jìn)一步加強(qiáng)了光抑制程度, 并表現(xiàn)為生長(zhǎng)減慢(圖1)。這說(shuō)明三種甲藻處于水體表面暴發(fā)藻華時(shí)將受到陽(yáng)光可見(jiàn)光(P)和紫外輻射(PA和PAB)的顯著影響, 不過(guò)藻細(xì)胞自身對(duì)陽(yáng)光輻射的保護(hù)機(jī)制促使其可以較快地適應(yīng)陽(yáng)光輻射的脅迫從而維持藻華的暴發(fā)(經(jīng)過(guò)3d—4d的適應(yīng), 三種輻射條件下藻細(xì)胞的生長(zhǎng)差異減小, 圖1)。藻細(xì)胞的保護(hù)機(jī)制可能與細(xì)胞具有較高濃度的UVabc(圖4)和加快NPQ的熱耗散過(guò)程有關(guān)[29]。一般來(lái)說(shuō), 有害藻華可以持續(xù)一周左右, 所以在藻華后期, 藻細(xì)胞對(duì)紫外輻射的耐受能力明顯增強(qiáng)(本研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)4—6d就可以適應(yīng)較高的陽(yáng)光輻射)。一旦藻華形成, 紫外輻射對(duì)其藻華演替的影響將減小。且隨著藻華暴發(fā), 細(xì)胞密度的增加, 細(xì)胞彼此的遮光作用[30]也將進(jìn)一步降低陽(yáng)光紫外輻射對(duì)藻華的負(fù)面效應(yīng)。

3.2 藻細(xì)胞對(duì)UVR的適應(yīng)

藻細(xì)胞對(duì)陽(yáng)光紫外輻射的適應(yīng), 還與細(xì)胞所經(jīng)歷的光背景[8]和溫度[27]等有關(guān)。米氏凱倫藻細(xì)胞的保護(hù)機(jī)制經(jīng)過(guò)2d左右就開(kāi)始啟動(dòng)(生長(zhǎng)加快, 達(dá)到P處理的水平, 圖1B), 而兩種原甲藻的適應(yīng)能力遠(yuǎn)強(qiáng)于米氏凱倫藻, 其生長(zhǎng)沒(méi)有出現(xiàn)停滯期(圖1C、D), 這可能與藻細(xì)胞的光背景有關(guān)[8], 米氏凱倫藻分離于2009年, 而東海原甲藻和海洋原甲藻分別分離與2011和2012, 在室內(nèi)低光環(huán)境的時(shí)間短于米氏凱倫藻, 所以重新接受陽(yáng)光輻射后, 可以較快地適應(yīng)新的光環(huán)境, 生長(zhǎng)沒(méi)有出現(xiàn)顯著的停滯或滯后期。對(duì)于米氏凱倫藻和東海原甲藻來(lái)說(shuō), 其保護(hù)機(jī)制包括兩種, 1種是自身含有的較高濃度的UVabc(圖4A、C), 可以較好地保護(hù)細(xì)胞免受傷害, 同時(shí)其加快D1的修復(fù)速率也是重要的保護(hù)機(jī)制之一, 利用UVabc達(dá)到自我保護(hù)功能。在海洋原甲藻的保護(hù)機(jī)制中, 利用UVabc的機(jī)制更加顯著, 紫外輻射顯著促進(jìn)了UVabc的合成和積累(圖4B)。類似的結(jié)果在其他研究中也已經(jīng)得到證實(shí), 如旋鏈角毛藻、錐狀斯氏藻、中肋骨條藻等[8—11,30]。

3.3藻細(xì)胞UVR保護(hù)機(jī)制與粒徑的關(guān)系

本文發(fā)現(xiàn)三種藻對(duì)陽(yáng)光紫外輻射響應(yīng)機(jī)制的不同可能與細(xì)胞粒徑大小有一定關(guān)系。有研究表明UVabc做為保護(hù)機(jī)制時(shí), 細(xì)胞粒徑的大小起到至關(guān)重要的作用[19, 20]。細(xì)胞粒徑在10—100 μm的細(xì)胞, 可以有效合成UVabc, 從而達(dá)到保護(hù)的目的, 而小于1 μm的細(xì)胞, 是無(wú)法利用這種機(jī)制, 介于1—10 μm的細(xì)胞, 雖然可以利用這種機(jī)制進(jìn)行自我保護(hù), 但卻會(huì)耗費(fèi)過(guò)多的能量, 從而影響生長(zhǎng)[19]。本文中所選擇的三種甲藻, 細(xì)胞粒徑都大于10 μm, 所以它們都可以有效地利用UVabc來(lái)保護(hù)自己, 而海洋原甲藻細(xì)胞粒徑為長(zhǎng)42—70 μm, 寬度為22—50 μm, 大于米氏凱倫藻和東海原甲藻, 似乎可以更有效的借助這一個(gè)過(guò)程來(lái)適應(yīng)新的光環(huán)境, 不過(guò)在它合成UVabc的時(shí)候, 需要耗費(fèi)一部分能量。所以, 海洋原甲藻在接受陽(yáng)光輻射的前4天, PA和PAB的細(xì)胞密度低于P處理, 這可能與海洋原甲藻將細(xì)胞內(nèi)的能量重新分配, 用于合成UVabc, 從而降低了生長(zhǎng)所需的能量, 表現(xiàn)為生長(zhǎng)下降。而米氏凱倫藻(長(zhǎng)18—37 μm, 寬14—35 μm)和東海原甲藻(長(zhǎng)15—22 μm,寬9—14μm)自身含有較高的UVabc, 并且在三種輻射處理之間沒(méi)有差異, 說(shuō)明它們雖然可以利用UVabc保護(hù)自己, 但是由于其細(xì)胞粒徑大小介于可以有效利用合成UVabc保護(hù)機(jī)制的邊緣, 額外合成UVabc將耗費(fèi)較多的能量, 所以, 他們沒(méi)有通過(guò)增加UVabc來(lái)提高對(duì)陽(yáng)光紫外輻射的耐受能力。

在恢復(fù)過(guò)程中, 三種藻細(xì)胞恢復(fù)速率的差異, 也體現(xiàn)了粒徑大小的作用, 細(xì)胞粒徑較小的東海原甲藻, 在接受陽(yáng)光紫外輻射的時(shí)候, 由于紫外線達(dá)到胞內(nèi)細(xì)胞核的距離較短, 所以DNA受到的損傷將顯著大于粒徑較大的米氏凱倫藻和海洋原甲藻。因此, 在低光的恢復(fù)過(guò)程中, 東海原甲藻細(xì)胞DNA的修復(fù)需要花費(fèi)較多的能量。而且恢復(fù)過(guò)程中的低光條件, 限制了三種藻細(xì)胞的光合過(guò)程, 導(dǎo)致其細(xì)胞內(nèi)用于修復(fù)的能量無(wú)法得到及時(shí)的補(bǔ)給, 從而造成DNA損傷較嚴(yán)重的東海原甲藻恢復(fù)過(guò)程明顯慢于其他兩種的。但這一現(xiàn)象在足夠長(zhǎng)的恢復(fù)時(shí)間里, 逐漸消失, 最后三種藻的恢復(fù)程度, 達(dá)到相當(dāng)(圖3)。

4 結(jié)論

雖然三種甲藻在室內(nèi)無(wú)紫外輻射的條件下培養(yǎng)了幾個(gè)月甚至幾年, 但是它們依然保留了對(duì)UVR的適應(yīng)能力, 當(dāng)重新接受陽(yáng)光紫外輻射的時(shí)候, 可以較快地調(diào)動(dòng)保護(hù)機(jī)制, 適應(yīng)新的光環(huán)境, 但其響應(yīng)陽(yáng)光紫外輻射的機(jī)制存在顯著的種間差異。

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SPECIES-SPECIFIC RESPONSES OF THREE DINOFLAGELLATES TO SOLAR UVR

Jin Wen-yu1, Guan Wan-chun1, Li Ping2, Cen Jing-yi3and Lü Song-hui3

(1. Department of Marine Biotechnology, Wenzhou Medical University, Wenzhou 325035, China; 2. Marine Biology Institute, Shantou University, Shantou 515063, China; 3. Research Center for Harmful Algae and Aquatic Environment, Jinan University, Guangzhou 510632, China)

;;; UVR;Photochemical efficiency; UVabc

10.7541/2015.55

Q142

A

1000-3207(2015)02-0419-07

2014-04-01;

2014-08-15

國(guó)家自然科學(xué)基金(No. 41306106和U0733006); 溫州市科學(xué)技術(shù)項(xiàng)目(No. S20100019); 浙江省大學(xué)生科技創(chuàng)新計(jì)劃暨新苗計(jì)劃(No. 2014R413026); 浙江省近岸水域生物資源開(kāi)發(fā)與保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金(No. J2013001); 三種大型海藻醇提物用于生產(chǎn)抗衰老化妝品的研究(No. wyx201401004)資助

金文育(1992—), 男, 浙江溫嶺人; 在讀本科生; E-mail: jinwneyudanrtsey@hotmail.com

關(guān)萬(wàn)春, E-mail: gwc@wmu.edu.cn