一株海洋杀藻细菌的杀藻过程与机制研究

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有害赤潮作为一种全球性的海洋灾害,已引起世界各地区的高度关注。近年来,赤潮的频繁爆发也使得我国滨海地区生态安全和沿海经济的可持续发展面临着严峻的挑战。菌-藻关系在种群演替和有害赤潮动力学中起着重要作用,而杀藻细菌的发现为微生物防治赤潮提供了可能的途径。  论文以本实验室前期筛选到的一株海洋杀藻细菌Vibrio sp.DHQ25为研究对象,针对其胞外活性成分胁迫下无菌塔玛亚历山大藻(Alexandrium tamarense)功能生物分子、光合作用系统及基因表达展开较为系统的研究。获得主要结果如下:  1.杀藻细菌DHQ25胞外活性成分能在短时间内有效抑制目标赤潮藻的生长,其中1.0%处理组(细菌发酵浓缩液与塔玛亚历山大藻培养液的体积比为1∶100)在6h时后杀藻率接近60%,这说明杀藻细菌DHQ25是潜在的有害赤潮调控者。  2.对塔玛亚历山大藻功能生物分子进行追踪,发现杀藻菌活性成分会引起藻细胞DNA断裂,电泳条带弥散;活性成分还会显著地减少藻细胞总蛋白含量,同时加剧脂质过氧化受损,使得其产物丙二醛(MDA)水平持续增高。  3.杀藻细菌胁迫下,藻细胞光合元件叶绿体结构严重受损,同时伴随着光合色素浓度降低以及ATPase活性的波动;受胁迫的藻细胞光合系统PS(Ⅱ)的最大光化学量子产量(Fv/Fm)水平减弱,光饱和值降低;而藻细胞中PS(Ⅱ)的电子传递速率,比PS(Ⅰ)的更敏感于杀藻细菌活性成分的胁迫,杀藻活性成分对电子传递链的抑制位点据推测是在PS(Ⅱ)上。认为这些是藻细胞受到外界胁迫时机体表现出来的行为适应机制。  4.借助实时定量PCR(real-time PCR)技术,发现PS(Ⅱ)中心反应蛋白D1和D2的编码基因psbA和psbD,其相对表达量下调;而细胞色素代谢相关基因cob和cox转录则异常活跃,另一个关于二氧化碳固定的基因rbcL表达量相对稳定。这说明杀藻细菌DHQ25活性成分确实使PSⅡ光反应中心受损,干扰电子传递链运作,扰乱光合作用,进而威胁细胞的生长生存。  5.杀藻细菌胁迫下,藻细胞产生的活性氧物质(ROS)可能是塔玛亚历山大藻行为响应的诱导因子,它会启动机体抗氧化酶系连锁效应,使得多余的ROS被抗氧化酶系清除,SOD和POD是藻细胞抗氧化防御的两个重要因子。  6.SPSS软件分析发现:相对于杀藻细菌活性成分的胁迫浓度,胁迫时间对各指标的影响更为显著;在锁定的叶绿素a(Chl a)、类胡萝卜素(Car)、ATPase、Fv/Fm、总蛋白、SOD及POD七个指标中,总蛋白对活性成分胁迫最为敏感;Pearson相关性分析表明Chl a、Car及ATPase三者呈正相关,而SOD与这三者以及总蛋白呈现显著的负相关性;通过主成分(PCA)分析后,提取出3个主成分,对塔玛亚历山大藻的响应行为的累积贡献率达98.263%。
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