全 文 ：广西科学院学报暋 2015,31(3):1~4
JournalofGuangxiAcademyofSciences暋 Vol.31,No.3暋June2015
网络优先数字出版时间:2014飊1飊6
网络优先数字出版地址
暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋
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暋
:
收稿日期:2015灢06灢11
修回日期:2015飊07飊10
作者简介:徐智广(1977飊),男,博士,主要从事大型藻类环境生
理学研究。
*国家自然科学基金项目(41376129),海洋公益性行业科研
专项经费项目(201305005,201305021),青岛市市南区科技发
展资金项目(2013飊12飊005飊SW)和山东省海洋生物研究院院长
基金项目(SZJJ201304)资助。
**通讯作者:吴海一(1973飊),男,副研究员,主要从事海洋生
态学研究,E飊mail:wuhaiyi1997@163.com。
不同硝氮浓度下紫外辐射对龙须菜碳、氮利用的影响*
EffectsofUltravioletRadiationonCarbonandNitro灢
genUtilizationofGracilarialemaneiformis Grown
underDifferentNitrateConcentrations
徐智广1,2,朱安成1,吴海一1,2**
XUZhi飊guang1,2,ZHUAn飊cheng1,WUHai飊yi1,2
(1.山东省海洋生物研究院,山东青岛暋266104;2.青岛市大型海藻工程技术研究中心,山东青
岛暋266104)
(1.MarineBiologyInstituteofShandongProvince,Shandong,Qingdao,266104,China;2.
MacroalgaeEngineeringTechnologyCentreofQingdao,Shandong,Qingdao,266104,China)
摘要:暰目的暱探讨大型海藻龙须菜(Gracilarialemaneiformis)碳、氮利用对紫外辐射(UVR)的响应,揭示可
利用氮在其中的调节作用。暰方法暱设置2种硝氮浓度(低氮,50毺mol·L-1;高氮500毺mol·L-1)和3种不
同波长的光辐射处理(P,395~700nm;PA,320~700nm;PAB,295~700nm),龙须菜叶状体在不同条件下
适应培养25d后,测定藻体的硝氮和无机碳利用情况。暰结果暱PA和PAB条件下培养的龙须菜,对硝氮的最
大吸收速率显著升高,尤其在高氮条件下升高更加明显。P条件下,高氮适应培养的藻体硝酸还原酶(nitrate
reduscate,NR)活性显著降低;但在PA和PAB下,没有发现这种氮营养史的影响。UVR显著降低了龙须菜
的最大光合固碳速率和对外源无机碳的半饱和常数,却提高了总碳酸酐酶(carbonicanhydrase,CA)的活性。
高氮适应下藻体的最大光合固碳速率和总CA活性显著升高,同时半饱和常数显著降低。暰结论暱UVR的存
在能够促进龙须菜对外源硝氮的吸收利用,抑制海藻光合固碳能力,但可利用氮的加富可以缓解 UVR对龙
须菜光合作用的抑制。
关键词:龙须菜暋紫外辐射暋硝氮暋氮利用暋碳利用
中图分类号:P735暋暋文献标识码:A暋暋文章编号:1002飊7378(2015)03飊0000飊00
Abstract:暰Objective暱Toinvestigatetheresponsesofcarbonandnitrogenutilizationin
Gracilarialemaneiformistoultravioletradiation(UVR),andrevealtheregulatingactionof
availablenitrogeninthisprocess.暰Methods暱twonitrateconcentrations(L飊N,50毺mol·L-1
andH飊N,500毺mol·L-1)andthreeradiationtreatments(P,395~700nm;PA,320~700
nm;PAB,295~700nm)wereset,andthaliwereculturedunderdifferentconditionsfor25
d,andthennitrogenandcarbonutilizationswere
determined.暰Results暱Theresultsshowedthat
themaximalnitrateuptakerateofalgaexposed
toUVRincreasedsignificantly,especialyunder
H飊Ncondition.AdaptivecultivationtoH飊Nre灢
markablyenhancednitratereductaseactivityin
algawith UVR,whilehadnoeffectonthem
withoutUVR.ExposuretoUVRdecreasedhe
maximalphotosynthetic carbon fixation rate
DOI：10.13657/j.cnki.gxkxyxb.20150819.005 网络出版时间：2015-08-19 09:47:04
网络出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/45.1075.N.20150819.0947.010.html
(Pmax)andsemisaturationconstantofcarbonutilization(KDIC),whileraisedcarbonicanhy灢
drase(CA)activityinalga.ComparedtoL飊Ncondition,bothPmaxandCAactivityincreased,
andKDICdecreasedsignificantlyinthaliculturedH飊Ncondition.暰Conclusion暱Theseresults
suggestedthatexposuretoUVRstimulatednitrogenuptakeandinhibitedcarbonutilization
inGracilarialemaneiformis,howeverenrichmentofavailablenitrogencouldaleviatethis
inhibitiononphotosyntheticcarbonfixation.
Keywords:Gracilarialemaneiformis,ultravioletradiation,nitrate,nitrogenutilization,car灢
bonutilization
0暋引言
暋暋暰研究意义暱大型海藻不仅是近海初级生产力的
重要组成部分,在近海生态系统中扮演着重要的角
色,而且由于其能够为人类提供食物及工业原材料,
因此又具有非常重要的经济价值[1]。大型海藻多生
活在潮间带和潮下带的渐深带,因而易受到环境因
子变化的影响。紫外辐射(UVR,280~400nm)是
大型海藻一直面临的重要环境因子,近年来由于大
气臭氧层的破坏,到达地球表面的 UVR强度不断
增强[2],这使得大型海藻的生理生态受到不同程度
的影响。氮是海藻生长的营养基础[3],但是在近海
生态系统中又经常成为大型海藻生长的限制性营
养[4]。氮在海水中的浓度还会受到季节变换、生物
及理化因素的影响而在一定时空范围内表现出动态
分布特征[5],因而研究氮供应水平对大型海藻的生
理生态影响具有重要的意义。龙须菜(Gracilaria
lemaneiformis)因具巨大的经济价值在中国形成
大规模的人工养殖,这也成为减缓中国近海富营养
化现象的重要途径[6]。在修复富营养化海水的同
时,龙须菜长期处于高水平的氮营养条件下,因而有
关其碳、氮利用以及可利用氮对其生理影响的研究
目前已引起学术界的重视。暰前人研究进展暱已有研
究表明,龙须菜通过胞外碳酸酐酶(carbonicanhy灢
drase,CA)利用海水中的 HCO3-离子进行光合作
用[7],UVR的存在能够抑制龙须菜的光合速率[8],
而海水中氮营养盐的加富能够通过提高紫外吸收物
质[9]或藻胆蛋白[10]的含量来降低这种UVR引起的
光合抑制。UVR的升高会引起大型海藻DNA损
伤[11]、生长速率降低[11,12]和光合作用受到抑制[13]
等一系列生理响应。另一方面,大型海藻也在长期
的适应中形成各种保护机制,以降低 UVR的伤害
作用,如合成紫外吸收物质(UVACs)[10]、修复损
伤[14]等。外源氮的供应影响海藻的生长[15]、光合
作用[16,17]、光合色素含量[18]以及对营养盐的吸收情
况[19]。另外,由于在海藻生理活动中的重要功能,
氮的供应水平往往会改变海藻对环境胁迫的响应。
比如,氮供应会影响海藻的二氧化碳浓缩机制(CC灢
Ms),进而调节其在CO2浓度升高情况下对外源无
机碳的利用[17]。同时,氮限制会使 UVR对海藻的
损伤作用加重。如提高 UVR诱导的光抑制[20],影
响海藻对UVR损伤的光修复[21]和活性氧自由基的
清除机制[22]等。暰本研究切入点暱可利用氮营养的
供应水平是否能够改变 UVR对龙须菜碳、氮利用
的影响,目前仍未见报道。暰拟解决的关键问题暱通
过对比在不同硝氮浓度水平下龙须菜碳、氮利用对
UVR的响应,揭示可利用氮在龙须菜应对UVR胁
迫中的作用及其机理。
1暋材料和方法
1.1暋材料
暋暋龙须菜(Gracilarialemaneiformis)采自山东
省荣成市近海人工养殖区,采集水深为0.5m,采完
放于4曟保温箱在3h内运回实验室。
暋暋仪器设备:循环水控温装置(CAP飊3000,Tokyo
RikakikaiCo.,Ltd,Tokyo,Japan);Ultrphan395
膜(UV Opak,Digefra,Munich,Germany);Folex
320 膜 (Montagefolie,Nr.10155099,Folex,
Dreieich,Germany);Ultrphan295膜(UV Opak,
Digefra,Munich,Germany);阳光辐射测定仪(El灢
donetbroadbandfilterradiometer,EldonetXP;
RealTimeComputer,M 8130 8B3 2hrendorf,Germany);阳
光模拟器(Sol1200W;Dr.H 81 308B3 2nle,Martinsried,
Germany);氧 电 极 (Model5300,YSI,Yelow
Springs,Ohio,USA);pH计(420A,Orion,Boston,
MA,USA)。
暋暋反应介质溶液:0.2mol·L-1,pH值为7.9的
磷酸缓冲液;1mmol·L-1EDTA;0.1%的丙醇(用
来增加细胞膜的通透性);过量的NaNO3作为底物;
10毺mol·L-1的葡萄糖(用来提供还原力)。
2 广西科学院学报暋2015年8月暋第31卷 第3期
暋暋无碳海水:灭菌海水中加入1mol·L-1的盐酸
溶液,使pH值降到3.0左右,其目的是把海水中溶
解的HCO3-全部转化成CO2形式,然后充氮气2h
以驱除海水中溶解的CO2。
1.2暋方法
1.2.1暋暂养
暋暋用自然海水将采集的龙须菜于光照培养箱内进
行暂养,暂养条件如下:温度,26曟;光照为可见光,
光强为100毺molphotons·m-2·s-1;光周期,12
h:12h;所用自然海水氮、磷浓度分别为50毺mol·
L-1和0.5毺mol·L-1。暂养24h后,选择健康一
致的个体用于后续的实验。
1.2.2暋适应培养
暋暋将挑选的龙须菜叶状体剪成长5cm左右的小
段,随机称取2g鲜重(freshweight,FW)的藻体,
放于装有500mL灭菌自然海水的石英管(UVR和
可见光都能穿透,见图1)内于室外进行培养。石英
管放于水浴槽中,通过循环水控温装置保持培养温
度为26曟。海水中无机磷的浓度用NaH2PO4加富
至最终浓度为50毺mol·L-1,以保证培养过程龙须
菜的可利用磷不受限制[23]。所有培养海水用充气
泵充气,以供应水体中海藻对CO2的需求,同时避
免藻体分枝之间的相互遮光。整个培养过程每48
h更换一次培养海水,同时去除生长出的多余分枝,
确保培养海水中龙须菜的培养密度不变。培养过程
设置不同的光辐射处理和硝氮浓度,在不同条件下
培养25d后,测定不同条件下藻体的硝氮和无机碳
的吸收利用情况。
暋暋图1暋Ultrphan395,295,Folex320滤膜和石英的透射
波谱
暋暋Fig.1暋ThetransmissionspectraofUltraphan395,
295,Folex320filmsandquartz
1.2.3暋不同的光辐射处理
暋暋藻体暴露于3种不同的光辐射处理:(1),P处
理:石英管以Ultrphan395膜包裹,395膜只能透过
波长在395nm以上的光,这样石英管内的藻体只
接受可见光(PAR)的照射;(2),PA处理:石英管以
Folex320膜包裹,320膜只能透过波长在320nm
以上的光,因而石英管内的藻体接受PAR+紫外线
A(UV飊A)的光照射;(3),PAB处理:石英管以 Ul灢
trphan295膜包裹,295膜能够透过波长295nm以
上的光,因而石英管内的藻体接受PAR+UV飊A+
紫外线B(UV飊B)的光照射。3种膜的透光情况如
图1所示。辐射光强通过阳光辐射测定仪全天监
测,该仪器具有3个通道,可以分别通过PAR、UV飊
A和UV飊B[24],因而能够测定3个波段的即时光强。
龙须菜培养期间3种波长光的日辐射量范围如下:
PAR,847.12~7086.74kJ·m-2;UV飊A,163.03~
1152.73kJ·m-2;UV飊B,3.31~36.88kJ·m-2
(图2)。
图2暋培养期间3种波长光的日辐射量
暋暋Fig.2暋DailydoseofPAR,UV飊AandUV飊Bduringthe
culture
1.2.4暋不同的硝氮浓度处理
暋暋设置两个硝氮浓度条件:低氮条件(L飊H,不添
加任何额外的氮,自然海水作为培养基,其中的硝氮
浓度为 50毺mol·L-1)和高氮处理 (H飊N,以
NaNO3加富自然海水,使水体中硝氮最终浓度为
500毺mol·L-1)。48h更换培养基,更换培养基之
前不同氮处理的硝氮浓度为:L飊N中接近0;H飊N中
约270毺mol·L-1,这说明在L飊N条件下培养的龙
须菜处于氮限制,而H飊N下的藻体处于氮饱和[23]。
1.2.5暋硝氮吸收动力学曲线的测定
暋暋通过测定适应培养后的藻体在不同底物浓度下
对硝氮的吸收速率获得硝氮吸收动力学曲线。实验
设置5毺mol·L-1,20毺mol·L-1,80毺mol·L-1,
200毺mol·L-1,400毺mol·L-1,600毺mol·L-1和
1000毺mol·L-17个硝氮浓度梯度,各称取0.1g
FW的藻体分别放于装有20mL培养水体的石英
管中,分别测定藻体2h内在7个浓度下硝氮的吸
收速率。测定温度控制在26曟;以阳光模拟器提供
光源(其发射光谱如图3所示),石英管分别包裹
3徐智广等:不同硝氮浓度下紫外辐射对龙须菜碳、氮利用的影响 暋 暋暋
Ultrphan395,295和Folex320滤膜得到P、PA和
PAB3种不同的光处理,以对应各自的培养条件。
不同波段的光辐射强度为PAR,120W·m-2;UV飊
A,28W·m-2;UV飊B,1.2W·m-2,PAR和 UV飊
A水平与测定期间10:00~12:00时间段内的平均
强度接近,UV飊B比室外同一时间段内自然阳光辐
射高7%左右。
暋暋硝氮的吸收速率通过间接法测得,即通过测定
实验过程培养介质中硝氮的浓度变化,用硝氮在培
养水体中的消失速率来表示龙须菜对其的吸收速
率,水体中的硝氮浓度采用锌镉还原法[25]测定。具
体计算公式如下:
暋暋uptakerate=(No-Nt)暳V暳W-1o 暳t-1。
其中,No为测定开始时培养水体中硝氮的浓度,Nt
为培养结束时(2h后)硝氮的浓度,V 为测定水体
的体积,W o为开始时藻体的鲜重,t为测定时间,单
位为小时(h),对硝氮的吸收速率(uptakerate)表示
为毺molNO-3 ·h-1·g-1FW。
暋暋测得不同硝氮底物浓度下的吸收速率后,利用
米氏方程进行非线性拟合获得吸收动力学曲线[26]:
暋暋V=Vmax暳S/(Ks+S)。
其中,S为底物硝氮的浓度,V 为龙须菜在不同底
物浓度下对硝氮的吸收速率,参数V max是对硝氮吸
收的最大速率,代表藻体对硝氮的吸收能力,K s值
为吸收速率达到最大速率一半时的底物浓度,即半
饱和常数,代表藻体对硝氮的亲和力,K s值越大表
示亲和力越小,反之亲和力越大。Vmax和Ks可以从
吸收动力学曲线计算得到。
图3暋阳光模拟器的发射光谱与太阳光谱比较
暋暋Fig.3暋EmissionspectraofH昳nlelampandsun,which
showedsimilarenergydistributionoverthewavelengthspan
(280~700nm).
1.2.6暋硝酸还原酶活性(NRA)的测定
暋暋参照CorzoandNiel[27]的方法,将0.2gFW
的活体龙须菜置于5mL反应介质溶液中,充2min
氮气除去溶液中的氧气,以防止还原生成的NO-2 被
重新氧化成 NO-3 ,然后密封放于30曟、黑暗条件
(避免光合作用生成的氧气影响测定结果)下反应2
h,测定溶液中生成的NO-2 量,用单位鲜重的藻体在
单位时间内产生的 NO-2 量来表示硝酸还原酶(ni灢
tratereduscate,NR)的活性(单位为毺molNO-2 ·
h-1·g-1FW)。
暋暋重氮偶氮法测定NO-2 浓度:在酸性条件下,水
样中的亚硝酸盐与磺胺进行重氮化反应,反应产物
与盐酸萘乙二胺作用,生成深红色的偶氮染料于
543nm波长测定溶液的吸光值,通过标准曲线计算
NO-2 的浓度,标准曲线用已知浓度的标准 NO-2 溶
液绘制。
1.2.7暋P飊C曲线的测定
暋暋通过测定不同无机碳浓度下藻体的光合放氧速
率,确定光合速率与无机碳浓度的关系(P飊C曲线)。
光合放养速率用氧电极法测定:称取0.15gFW 的
藻体,剪成1cm左右的片段,培养2h以避免机械
损伤的影响,放于盛有8mL无碳海水的氧电极槽
中,在600毺molphotons·m-2·s-1的饱和光强
(光源由钨灯提供)和26曟条件下,通过测定不同无
机碳浓度下溶液中氧浓度的变化来计算得到藻体的
放氧速率。无机碳浓度设置0.1375mmol·L-1,
0.275mmol·L-1,0灡55mmol·L-1,1.1mmol·
L-1,2.2mmol·L-1,4.4mmol·L-1,8.8mmol
·L-1和13.2mmol·L-18个梯度,不同无机碳浓
度的反应溶液通过向无碳海水中添加 NaHCO3获
得,即在无碳海水中加入25毺mol·L-1的Tris缓
冲溶液,再用HCl和NaOH调节pH值到8.1。最
后利用米氏方程进行非线性拟合[28]:
暋暋P=Pmax暳S/(KDIC+S)。
其中,S为无机碳浓度,P 为对应无机碳浓度下的
光合放养速率,P max是最大放氧速率,K DIC是半饱
和常数,代表藻体对无机碳的亲和力。Pmax 和KDIC
可以从P飊C曲线中直接计算获得。
1.2.8暋碳酸酐酶活性的测定
暋暋电极法[29]测定总CA活性:先称取0.1gFW
的藻体,于5mL无碳海水中研磨成粉状,加入1
mLCO2饱和水,记录混合溶液的pH值下降0.6个
单位的时间,整个过程在4曟条件下进行。胞外CA
活性的测定,所用藻体不需研磨,用活体海藻作为材
料,方法同总CA活性测定。酶的相对活性(Rela灢
tiveenzymeactivity,REA)通过以下公式计算:
暋暋REA=10暳(Tb/Tc-1)。
这里,T b和T c分别代表不加藻样和加入藻样后
4 广西科学院学报暋2015年8月暋第31卷 第3期
pH值下降0.6个单位所用的时间。
1.2.9暋数据处理和统计分析
暋暋所有的测定结果表示为平均值暲标准差(n曒
3),用单因素方差分析(OnewayANOVA,Tukey)
进行统计差异性分析,以P=0.05作为差异的显著
性水平。
2暋结果
2.1暋硝氮的吸收利用
暋暋由图4和表1可知,UVR暴露刺激了龙须菜对
硝氮的吸收,无论是低氮还是高氮培养下的藻体,
UVR都使得其对硝氮的最大吸收速率和半饱和常
数显著升高(P <0.05),这说明经过较长时间的
UVR适应,海藻对硝氮的吸收能力升高,但亲和力
却下降。V max/K S值在不同处理之间没有显著性差
异(P>0.05),说明藻体在较低硝氮浓度下对其利
用效率没有受到UVR的显著影响。海藻的最大吸
图4暋硝氮吸收动力学曲线
Fig.4暋Dynamiccurvesofnitrateabsorptionrate
收速率和半饱和常数在PA和PAB处理之间都没
有显著的差异(P>0.05),可见 UVR对二者的影
响主要由UV飊A造成。
暋暋此外,氮的长期加富培养也使得龙须菜对硝氮
本身的吸收情况发生变化。相对于低氮条件下培养
的藻体,不论有没有UVR暴露,经过25d的不同氮
浓度培养,生长在高氮浓度下的龙须菜对硝氮的最
大吸收速率明显降低(P<0.05),这表明藻体对硝
氮的潜在吸收能力降低了;半饱和常数的变化情况
与最大吸收速率的趋势相同,说明高氮条件培养下
的藻体对硝氮的亲和力升高了;而V max/K S比值在
不同氮供应水平下没有显著性差异(P>0.05)。
暋暋不同条件下培养的龙须菜,UVR和氮加富对硝
酸还原酶(NR)活性的影响与最大氮吸收速率的趋
势一致(图5):不管氮的供应水平如何,UVR都显
著提高了藻体的 NR活性(P <0.05),且PA 和
PAB处理之间没有显著性差异(P>0.05);在不存
在UVR的情况下,高氮培养龙须菜的 NR活性显
著低于低氮培养(P<0.05),但在UVR暴露时,未
发现这一现象,高氮和低氮培养之间没有显著性差
异(P>0.05)。
图5暋硝酸还原酶活性
Fig.5暋Activityofnitratereduscate(NR)
表1暋硝氮吸收动力学曲线参数表
Table1暋Dynamicparametersofnitrateuptake
培养条件
Cultureconditions
最大吸收速率
V max(毺molNO-3 ·h-1·g-1FW)
半饱和常数
KS(毺mol·L-1)
V max/KS比值
(毺molNO-3 ·h-1·g-1FW)/(毺mol·L-1)
L飊N P 49.43暲1.19a 465.17暲52.44a 0.11暲0.02a
PA 68.09暲6.52b 741.59暲12.59b 0.09暲0.01a
PAB 66.72暲1.54b 662.00暲28.48b 0.11暲0.02a
H飊N P 31.33暲4.25c 294.08暲10.17c 0.11暲0.03a
PA 46.20暲8.03a 549.03暲13.96d 0.09暲0.01a
PAB 47.30暲4.90a 573.65暲10.01d 0.08暲0.01a
注:同一列不同的小写字母上标表示不同培养条件之间具有显著性差异(P<0.05)。
Note:Withineachrowofthedata,differentsuperscriptlowercaselettersindicatesignificantdifference(P<0.05).
5徐智广等:不同硝氮浓度下紫外辐射对龙须菜碳、氮利用的影响 暋 暋暋
2.2暋无机碳的利用
暋暋如图6和表2所示,不管氮的浓度水平如何,3
种光辐射处理之间的无机碳利用情况都存在着明显
的差异(P<0.05)。UVR暴露显著降低了最大光
合放氧速率P max和半饱和常数K DIC,且PAB处理
对其降低程度大于PA处理(P<0.05)。说明UV飊
A和UV飊B都能够降低海藻对无机碳的利用能力,
同时提高对无机碳的亲和力。在低氮条件下,
Pmax/KDIC 值在3种光辐射处理之间没有显著差异
(P >0.05);但高氮培养的藻体中,这一比值被
UVR暴露提高,且PA和PAB处理之间没有显著
差异(P>0.05)。
图6暋P飊C曲线
Fig.6暋P飊Ccurves
暋暋此外,不同的氮浓度培养也会影响龙须菜对无
机碳的利用。在没有 UVR存在的条件下,高氮培
养使得藻体对无机碳利用的最大速率和Pmax/KDIC
值没有显著影响(P>0.05),但半饱和常数显著提
高(P<0.05)。在 UVR存在的条件下,高氮培养
的藻体对无机碳利用的最大速率高于低氮培养的藻
体,且PAB处理的提高程度更加显著;而半饱和常
数则被高水平的氮降低;同时,Pmax/KDIC 值也被高
浓度的氮培养显著提高(P>0.05)。这表明,无机
碳的利用能力、利用效率和亲和力都被高氮培养
提高。
暋暋由于大型海藻体内胞外CA活性比较低[30],本
研究用电极法没有测出龙须菜的胞外CA活性。不
同氮浓度和光辐射处理对龙须菜总碳酸酐酶(CA)
活性的影响如图7所示。高水平的氮供应和 UVR
的存在都可促进藻体的总CA活性,这与从P飊C曲
线中得到的不同处理对无机碳亲和力的影响趋势
一致。
图7暋总碳酸酐酶活性
暋暋Fig.7暋Relativeenzymeactivities(REA)oftotalcar灢
bonicanhydrase(CA)
表2暋P飊C曲线参数表
Table2暋PhotosyntheticparametersofP飊Ccurves
培养条件
Cultureconditions
最大光合放氧速率
P max(毺molO2·h-1·g-1FW)
半饱和常数
K DIC(mmol·L-1)
P max/K DIC比值
(毺molO2·h-1·g-1FW)/(mmolL-1)
L飊N P 82.33暲5.55a 1.49暲0.02a 55.18暲4.58a
PA 63.11暲3.08bc 1.35暲0.02b 46.94暲2.94a
PAB 47.93暲2.92d 0.93暲0.13c 52.12暲4.30a
H飊N P 93.36暲5.76a 1.81暲0.02d 51.59暲2.64a
PA 68.84暲2.42b 0.70暲0.02e 98.17暲0.19b
PAB 58.96暲2.15c 0.59暲0.06f 100.98暲13.85b
注:同一列不同的小写字母上标表示不同培养条件之间具有显著性差异(P<0.05)。
Note:Withineachrowofthedata,differentsuperscriptlowercaselettersorlettercombinationsindicatesignificantdifference(P<0.05).
6 广西科学院学报暋2015年8月暋第31卷 第3期
3暋讨论
3.1暋硝氮的吸收利用
暋暋一般来说,UVR对大型海藻的生理会产生负面
影响,如损伤DNA、抑制光合作用、伤害细胞内的某
些蛋白和酶等,为了保护自身维持正常的生理活动,
海藻往往会采取一些措施来降低这些损伤。已有的
研究表明,龙须菜在受到UVR照射后,体内的紫外
吸收物质(UVACs)含量会显著升高[22],呼吸作用
速率也会明显加快[31],这些生理过程是龙须菜保护
自身免受 UVR损伤的保护机制。但不管是合成
UVACs还是通过提高呼吸作用来加速修复机制,
都需要氮的参与,这使得龙须菜藻体对氮的需求增
加,进而通过反馈调节,提高藻体对硝氮的吸收速率
和NR活性。
暋暋本研究中,长期的UVR暴露培养下的龙须菜,
硝氮的吸收和利用能力显著升高,NR活性在PA
处理和 PAB处理之间不存在显著性差异,说明
UVR对NR活性的提高主要由 UV飊A起作用,这
与Vi溇egla等[32]对墨角藻和石莼的研究结果相同。
已有报道表明,NR能够吸收 UVR,是 UV飊A的光
接受器[33],并能够吸收利用UV飊A用于藻类的光合
作用和生长[31,34],作为调节碳、氮代谢的重要环境
因子[35],UV飊A也可能是通过提高光合作用和生长
来反馈调节藻体对氮的吸收和代谢[36]。
暋暋海藻对硝氮的吸收利用与它本身的营养史密切
相关。本研究中发现,无论UVR存在与否,长期在
高氮条件下生长的龙须菜对硝氮的吸收能力都显著
降低。这可能是因为高氮条件使得藻体内部不断积
累氮,并形成较大的氮库,这些氮已经能够满足藻体
的生理活动对氮的需求,因而藻体降低了对氮的吸
收。但在 UVR存在时,龙须菜的 NR活性因为高
氮培养而降低,这可能是由于 UVR导致藻体对氮
的大量需求消耗了体内氮,需要不断从外界补充并
参与到代谢中。
3.2暋无机碳的利用
暋暋UVR暴露一般会使藻类的光合无机碳利用受
到抑制,这方面的研究已经有很多报道[22]。这可能
与光系统栻(Photosystem 栻,PS栻)中D1蛋白的
受损[37]或光合固碳关键酶Rubiso的损伤[38]密切相
关。本研究中UVR的存在降低了龙须菜对无机碳
利用的最大能力,提高了对外部无机碳的亲和力,并
且UV飊A和 UV飊B两种紫外辐射都在中间起了作
用;此外还发现龙须菜CO2浓缩机制(CCMs)中重
要的酶———碳酸酐酶(CA)的活性被 UVR暴露所
提高,类似的研究结果已经在很多微藻和大型海藻
中被报道[22,39]。细胞的CA活性与细胞膜的还原活
性密切相关[40],在微藻的研究中发现,低强度的
UVR同时提高了细胞膜的还原性和 CA 酶活
性[39]。本研究中CA活性与藻体对无机碳的亲和
力都被UVR所提高,表现了相同的趋势,但是最大
的光合固碳速率却被 UVR降低,这似乎看起来很
矛盾。Beardal等[12]在微藻中也发现UV飊B降低光
合固碳,却提高藻体内的无机碳库。原因可能是
CA酶活性的增加使得进入藻体细胞的无机碳增
多,有利于海藻减轻和抵制UVR引起的光合抑制,
而这种作用在碳限制的条件下更加明显。
4暋结论
暋暋本文通过对大型经济红藻龙须菜的研究发现,
UVR暴露提高其对氮的利用,同时抑制其光合固碳
作用,但在氮源供应充足的情况下,UVR却使得龙
须菜对无机碳的利用效率显著升高。这些结果验证
了UVR对大型海藻的光合抑制,同时也揭示了可
利用氮在海藻面对 UVR胁迫中的调节作用,为客
观评价近海富营养化背景下阳光紫外辐射增强对大
型海藻的可能生理影响提供一定的理论参考。
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(责任编辑:陆暋雁)暋暋
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