雪藻(snow algae)是生活在南、北极地区以及地球上相近的极端环境中的一类特殊的淡水单细胞绿藻。低温、高光照和强辐射是其生境的主要特点。雪地衣藻(Chlamydomonas nivalis)是这种极端生境中的代表性生物种类。在这种极端环境下，雪地衣藻必定有一套有效的抗胁迫保护机制以维持其光合系统、生物膜系统和酶系统的正常生理功能。本论文在实验室条件下建立了多种胁迫条件，从细胞生理、生化、基因表达等多层次上，深入系统地研究了雪地衣藻对环境胁迫条件的生理响应规律，对揭示胁迫条件下细胞抗胁迫系统的响应机制具有十分重要的理论意义。 主要研究内容和研究结果如下： 1．实验室人工培养条件下雪地衣藻的生长 通过系统比较4种培养基(BBM，Bold1NV，MCM，SEM)、培养温度(10℃、16℃和23℃)、光照强度(2000～12000 lx)等人工培养条件，发现10℃，光强6000 lx条件下在BBM培养基中雪地衣藻的比生长速率最高，为0.352·d-1，细胞中类胡萝卜素含量也较其它培养基高，达到1.447pg/cell，确定BBM培养基为实验基础培养基，10℃为培养温度；强光更适于细胞的营养生长和类胡萝卜素的积累，BBM培养基，10℃，光强12000 lx条件下培养，细胞比生长速率为0.372·d-1，类胡萝卜素含量达到1.532pg/cell。 2．雪地衣藻对营养胁迫的响应规律 营养胁迫条件(缺氮、缺磷和高浓度醋酸钠抑制)能够诱导雪地衣藻在细胞增殖、生化组成与含量等方面发生规律性的响应。培养基中初始氮、磷的浓度越低，藻细胞的比生长速率也越低，但能促进细胞中类胡萝卜素的合成。其中，氮(NaNO3)初始浓度为2.5mg/L时类胡萝卜素的含量最高，达到2.373pg/cell；磷(NaH2PO4：Na2HPO4=1：1)初始浓度为25mg/L时类胡萝卜素的含量最高可达1.768pg/cell。醋酸钠作为最简单的有机碳，添加到一定浓度(0～2.0g/L)能提高细胞的比生长速率和类胡萝卜素含量，在浓度为1.5g/L时分别达到最大值0.354·d-1和2.359pg/cell。 3．雪地衣藻对氧化胁迫的响应规律 三种活性氧分子(1O2、O2—和·OH)对雪地衣藻的生长有明显的抑制作用，且随着活性氧发生器分子浓度的增加而增强，其中·OH对细胞生长的抑制作用强于其它两种活性氧。三种活性氧均可促进雪地衣藻合成类胡萝卜素，且合成量随活性氧发生器分子浓度的升高而增加，其中亚甲基蓝(MB，1O2发生器分子)对诱导合成类胡萝卜素的促进作用最显著，MB浓度为10μmol/l时类胡萝卜素的含量达到了2.137pg/cell，高出对照40.59％。 4．雪地衣藻对UV—B辐射的响应规律 (1)雪地衣藻经强度为70μW/cm2的UV—B辐射(紫外光照周期为12：12)处理8天后，细胞密度降低了29.40％，叶绿素a、总类胡萝卜素和虾青素含量分别比对照提高了35.14％、58.17％和68.37％，总脂和总糖含量分别提高了31.97％和80.12％，而蛋白质含量下降了20.85％，氨基酸总量降低了20.13％，必需氨基酸含量降低了24.97％。脂肪酸的种类有所增加，出现了新的脂肪酸C20：5和C22：6，多不饱和脂肪酸的含量明显升高，升高幅度为13.71％，但饱和脂肪酸和单不饱和脂肪酸含量下降了32.12％和11.84％。说明UV—B辐射能够引起细胞生化成分发生较大转变； (2)UV—B辐射明显强化了雪地衣藻细胞抗氧化系统的功能。超氧化物岐化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)的活性均出现不同程度的增加，且三种酶的活性在辐射处理初期(1～2d)增幅最大，最高值分别达到了初始时的6.86倍(SOD)、2.13倍(POD)和2.23倍(CAT)，之后趋于缓慢回落，显示出对UV—B辐射的迅速响应和生理适应性。采用DCFH—DA荧光探针分析了细胞内自由基的淬灭剂—虾青素的含量，发现它与胞内活性氧浓度(DCF的生成量，以荧光强度表示)呈负相关。在UV—B处理的细胞中，DCF生成量是对照的39.93％，而虾青素含量是对照的1.64倍，达到1.069pg/cell，充分证明了雪地衣藻可通过胞内积累虾青素来淬灭UV—B辐射所产生的活性氧，起到抗氧化保护作用。 5．UV—B辐射下雪地衣藻的基因表达差异性 采用mRNA差异显示技术研究了UV—B辐射下雪地衣藻的基因表达差异性，发现UV—B辐射处理能使细胞在基因表达上产生了一定的差异。总mRNA的RT—PCR产物经聚丙烯酰胺凝胶电泳分离，UV—B辐射的细胞出现了一些新的基因扩增片段。这些片断将为进一步进行差异表达基因片段的扩增和基因表达产物的功能鉴定奠定一定的基础。