英语原文共 11 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

大戟科（Rhodophyta）对紫外线B辐射的生理反应

朱琳 肖慧 王影 菅潇扬 张智鹏 张焕新 唐学玺

中国海洋大学海洋生物科学学院海洋生态系，青岛266003

2014年3月28日收到 原则上接受2014年6月12日; 接受出版2014年7月28日

copy;中国海洋与湖沼学会，科学出版社，以及柏林海德堡Springer-Verlag 2015

摘要 本文旨在评估紫外线B辐射（UVBR）对商业红色大红藻和琼脂的重要来源的禾谷镰刀菌（Acacilaria lemaneiformis）的影响。为了研究UVBR对G. lemaneiformis的体外效应，将该植物培养并暴露于40mu;mol光子/（m2·s）的光合有效辐射（PAR）和增强的UVBR（0,0.36,0.72,1.08,1.44） ，和1.80kJ /（m2·d））13天。处理样品进行组织化学分析，研究了莱氏木霉的生长速率，光合色素含量，光合性能，活性氧含量，膜透性，丙二酰二醛含量和抗氧化能力。在暴露于PAR UVBR 13天后，G. lemaneiformis显示光合色素（叶绿素a和藻红蛋白）的光损伤和光抑制，导致光合效率降低。此外，暴露于PAR UVBR后，相对生长速度和脱色素相应减少，顶端部分坏死部位发现。此外，UVBR诱导超氧自由基和过氧化氢的过量产生，引起明显的细胞膜损伤和抗氧化反应。

三年前，第一份报告（Kerr和McElroy，1993年）出版了由于工业化快速造成的人为大气污染，导致了氟氯化碳，卤化碳，氯烃，有机溴，二氧化碳，甲基氯仿和二恶英等污染物的增加（ Bjouml;rn，2007）。 平流层紫外线屏蔽臭氧层消耗的主要原因应为上述污染物（Singh等，2010）。 由于臭氧层的消耗，UV-B辐射（UVBR，280-315nm）越来越多地到达地球表面（Russell等人，1996），甚至渗透到水柱以达到生态学上的深度（Whitehead等，2000）。 这导致对核酸，蛋白质，脂质和其他化合物以及含有这些生物分子的生物的光损伤（Bjouml;rn和McKenzie，2002; Roleda等，2004）。

类似于位于北半球和南半球中高纬度地区的其他地区（Blumthaler和Ambach，1990; Santee等，1995; Kirchhoff等，1996），中国已经暴露于UVBR（ Bian等，2006）。因此，UVBR对生物有机体，特别是水生生态系统的影响引起了相当大的关注。

已知UVBR会损害光合系统，并有助于降低量子效率和最大光合速率。几个研究已经证实，在暴露于UVBR后，叶绿素a（chl a）浓度变化（Huovinen等，2006; Sampath-Wiley等，2008; Heo和Jeon，2009; Ju等，2011）。此外，发现UVBR可以改变大藻类（如Eswaran等，2002），Gracilaria domingensis（Schmidt等，2010c）和Hypnea musciformis（Schmidt等，2012b）等藻类中的藻胆蛋白含量。紫外线胁迫期间或之后的光合作用的减少可能是由于对主要和次要光合作用的关键成分的直接损害，光合色素的损失以及由于光合作用中涉及的基因表达减少而引起的（Bischof等人， 2002; Bouzon et al。，2012; Polo et al。，2014）。

暴露于UVBR加速了活性氧（ROS）的产生。通常，在呼吸过程中，细胞通过氧还原的一价途径产生超氧自由基（O2ˉ），O2的持续还原产生过氧化氢（H 2 O 2）和羟基（OH）作为中间产物或最终产物（Fridovich，1978; Hill，1981; Lesser et al。，1990）。因此，UVBR导致ROS的过度生成并在大量藻类的细胞成分中引起氧化应激（Kang等，2004; Shiu和Lee，2005; Aguileral and Rautenberger，2011;Muuml;ller等，2012）。大型藻类通过激活清除细胞ROS的酶和非酶防御系统来避免氧化损伤（Li et al。，2010）。酶超氧化物歧化酶（SOD; EC 1.15.1.1），过氧化氢酶（CAT; EC 1.11.1.6）和各种过氧化物酶共同失活O 2和H 2 O 2，并阻止这些活性氧诱导的OH形成和随后的细胞损伤（Fridovich ，1981,1986）。

格列维亚属（Gracilaria Greville）在全球广泛分布于赤道至高纬度地区，其中包括一些最重要的物种（Oliveira和Plastino，1994; Marinho-Soriano和Bourret，2005）。属于这种属的物种是琼脂的主要来源，因此在经济上是非常重要的（Armisen，1995）。山楂（Bory）道森是中国沿海地区发现的29种物种之一（Xia和Zhang，1999），山东半岛沿海地区，特别是中国北方的青岛自然发生。通过选择性育种成功引进华南沿海水域，广泛开展了良好的产量，优良的适应性和较高的琼脂含量（Fei等，1998,2000）。考虑到le of草的显着经济影响，本研究旨在评估紫外线对紫花苜蓿生长，光合色素，光合作用和生物化学活性的生物学效应。

2材料与方法

2.1植物栽培

实验中使用的禾本科植物，于2013年6月从中国青岛竹山湾（36°0317“，120°2212”E）的潮间带收集。藻类样品在0.5小时内运送到实验室，并培养14天（实验适应期），然后用于UVBR暴露实验。将thalli在无菌海水中轻轻冲洗，并用解剖镜片下的刷子精心清洁，以除去任何附着的沙粒，附生植物和小草甘膦。

在13天的实验中，在30mu;mol光子/（m2·s）生理活性物质下，将含有脯氨酸的富含海水介质（Provasoli，1966）的天然无菌海水（盐度，35）的充气1L玻璃破碎机保持在充气的1L玻璃破碎机中辐射（PAR;光周期，12:12小时）在20plusmn;0.1℃。使用UV-B荧光管（Philips，Holland），用乙酸纤维素膜（厚度0.12mm）覆盖UVBR（280-315nm），以避免暴露于UVC辐射。使用PAR单独评估Thalli对照，而暴露的thalli进行0.36,0.71,1.08,1.44和1.80kJ /（m2·d）UVBR的分级剂量。媒体每3天更换一次。每个实验组有四次重复。

2.2成长的测量

治疗13天后，用RGR [％/ d] =（lnWt-lnWi）/ ttimes;100％估计治疗组和对照组的相对生长率（RGR），其中Wi为初始鲜重，Wt是t天后的鲜重（Penniman等，1986）。

2.3颜料分析

光合色素的含量

（藻红蛋白（PE）和chl a）的分析如下。为了测定PE，将大约150mg的藻类材料在液氮中研磨成粉末，并在黑暗中在4℃下在0.1mol / L磷酸盐缓冲液（pH6.4）中萃取。然后将匀浆物以2 000times;g离心30分钟。使用UV-Vis分光光度法测定PE水平，并使用Kursar等人描述的方法进行计算。 （1983年）。

通过Moran（1982）描述的方法，用光度测定chla的含量。 PE测定后，将沉淀物加入到3mL N，N-二甲基甲酰胺（DMF）中。对于绝对叶绿素提取，将样品在4℃的冰箱中在黑暗中储存24小时。然后通过使用由Moran（1982）概述的方程，在664,647和625nm处测量DMF提取物。

2.4光合性能

使用脉冲幅度调制（PAM）荧光计（Imaging-PAM; Walz，Germany）测量叶绿素荧光。在测量叶绿素荧光之前将藻类样品暗适应15分钟。 PSII在黑暗适应状态下的最佳量子效率表示为Fv / Fm，其中Fv表示可变荧光，Fm表示最大荧光。照射样品中的最大荧光产量记录为Fm。根据以下等式计算有效PS II量子产率：Y（II）=（Fm-Fm）/ Fm。

随后，测量快速光曲线（RLC）。将样品暴露于一系列光化光（PAR = 0,2,12,22,37,57,82,112,147,187,232,282,337,397和462mu;mol光子/（m2·s） ））。通过以递增的顺序应用PAR产生RLC，在每个级别的持续时间为20s。同时，使用成像-PAM记录每个光强下的PS II（rETR）值的相对电子传输速率。光合参数alpha;（RLC光限制区光合速率），rETRmax（最大相对电子传递速率）和Ek（最小饱和辐照度）通过根据Platt等人描述的经验公式拟合RLC来获得（1980年）。

2.5生化分析

处理后第13天收集来自PAR的Thalli和PAR UVBR组，用于细胞膜损伤，ROS含量和抗氧化酶活性的分析。膜通透性（MP）测定离子从藻类中浸出到去离子水中。将植物材料（0.5cmtimes;12cm）置于10mL管中的去离子水中，真空抽真空并摇动30分钟。静置30分钟后，使用电导仪（DDS-11A;上海光学仪器厂）记录电导率（C1）。然后将管保持在沸水浴（100℃）中10分钟，再次记录电导率（C2）。 MP使用以下等式计算：

MP =（C1 / C2）times;100％。

硫代巴比妥酸（TBA）法用于估算由脂质过氧化产生的丙二醛二醛（MDA）的量。为了这，加入2mL 5％三氯乙酸（TCA），将0.2mL粗提取物充分混合。接下来，加入2mL 0.5％TBA。将混合物在95℃加热40分钟，在冰浴中快速冷却，然后在4℃以4 000 r / min离心10分钟。形成了具有TBA的MDA和红色产品;通过读取532nm处的吸光度来测量该产物的量。结果表示为每克鲜重的纳摩尔MDA（nmol MDA / g FW）。

根据Ke等人描述的方法测定O2 The的含量（2002）。通过记录在O 2存在下从羟胺氧化的亚硝酸盐的量。为此，将1.0克thalli磨成10 mL 50 mmol / L Na2HPO4-NaH2PO4缓冲液（pH7.8），并以10 000times;g离心10分钟。孵育混合物含有1mL上清液，0.9 mL 50 mmol / L Na2HPO4-NaH2PO4缓冲液（pH =7.8）和0.1mL 10mmol / L羟胺盐酸盐;将混合物在25℃下孵育20分钟。随后，向混合物中加入1mL 17mmol / L对氨基苯磺酸和1mL7mmol / Lalpha;-萘胺。将混合物在25℃下孵育20分钟后，混合1.5mL正丁醇，然后将混合物以6 000times;g离心10分钟溶液的光吸收为记录在530 nm。通过使用亚硝酸钠作为标准溶液计算O2 The的含量。

根据Brennan和Frekel（1977），通过监测读取的二氧化钛络合物的吸光度来测定H 2 O 2的量415nm。为此，将0.5g thalli在10mL中研磨5％三氯乙酸，以10 000times;g离心10分钟随后，向1mL上清液中加入0.1mL 20％TiCl 4（浓HCl溶液）和0.2mL浓氨水。将混合物以5000times;g离心10分钟，并将沉淀物溶解3mL 1mol / L硫酸。将吸光度值校准为使用已知浓度的H 2 O 2产生的标准曲线。

表1暴露于不同剂量的紫外线B辐射的龙胆草的相对生长速率

在13天的时间里

平均值plusmn;SD，n = 4。 字母表示根据Tukey范围测试显着差异（P lt;0.05）。

藻类在冰冷下均质化100 mmol / L磷酸盐缓冲液（pH 7.4; w：v = 1:9），4℃离心4分钟。接下来，将粗提物的上清液用于测定蛋白质含量，SOD活性和CAT活性。

粗品的总可溶性蛋白质含量根据Bradford方法（Bradford，1976），采用牛血清白蛋白作为标准，确定提取物。通过分光光度法在595nm测定蛋白质含量，并以毫升的毫克数表示。

总SOD的测定评估了提取物以通过黄嘌呤 - 黄嘌呤氧化酶系统抑制氧胺的氧化。的吸光度

2-（4-碘苯基）-3-（4-硝基苯基）-5-（2,4-二磺基苯基）-2H-四唑鎓，单钠盐（WST-1），氧化产物在450nm读取。 SOD的一个单位被定义为需要50％抑制WST-1降低的酶的量。

使用a测定CAT活性Murthy等人描述的分光光度法（2005年）。将3.0mL体积的反应混合物包括1.0mL藻类酶提取物，1.0mL磷酸盐缓冲液（125mmol / L，pH7.4），和1.0mL H ₂O ₂溶液（30mmol / L）。没有酶提取物的空白物含有2.0mL磷酸盐缓冲液和1.0mL H ₂O₂溶液。该吸光度的降低来自于在240nm处对空白1分钟后测量H ₂ O ₂的分解。 CAT的一个单位被定义为分解的酶的量1mu;mol/ L H₂O₂ /分钟，25℃。然后以每毫克蛋白单位表示特异性酶活性

2.6数据分析

在本研究中获得的所有数值都是从完全独立的样本获得的，以平均值plusmn;标准偏差（SD）表示。最初使用Levene的同质性检验和Shapiro-Wilk检验来评

剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[28638]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word