全 文 ：第 32卷 第 4期 生 态 科 学 32(4): 474-479
2013年 7月 Ecological Science July. 2013
收稿日期: 2012-06-09收稿，2012-12-10接受
基金项目: 浙江省自然科学基金(LY12C03001)；宁波大学学科项目(XKL11D2100)
作者简介: 屠燕萍(1988－)，女，硕士研究生，主要从事浮游植物生态学研究
*通讯作者: E-mail: xiezhihao@nbu.edu.cn

屠燕萍，俞泓伶，谢志浩. 三角褐指藻和小角毛藻对 UV-B辐射增强的生理生化响应[J]. 生态科学, 2013, 32(4): 474-479.
TU Yan-ping, YU Hong-ling, XIE Zhi-hao. Physiological and biochemical responses of Phaeodactylum tricornutum and Chaetoceros
minutissimus to enhanced UV-B irradiation[J]. Ecological Science, 2013, 32(4): 474-479.

三角褐指藻和小角毛藻对 UV-B辐射增强的生理生化
响应
屠燕萍，俞泓伶，谢志浩*
宁波大学，教育部应用海洋生物技术重点实验室，宁波 315211

【摘要】通过实验生态学和生物化学的方法，研究了 UV-B 辐射对三角褐指藻和小角毛藻的生长、叶绿素 a、类胡萝卜素、丙
二醛、可溶性蛋白含量和抗氧化物酶活性的影响。结果表明：(1) UV-B辐射增强抑制了 2种微藻的生长，低剂量（0.75J/m2）
UV-B辐射对三角褐指藻的生长具有一定刺激作用。(2) 三角褐指藻的叶绿素 a含量随辐射剂量的增加先上升后下降，小角毛藻
chl-a 含量缓慢下降。2 种微藻 MDA 含量随 UV-B 辐射剂量的增加而升高。(3) 随着辐射剂量的增加，三角褐指藻可溶性蛋白
含量先稍有升高后较快下降。小角毛藻可溶性蛋白含量始终呈下降趋势。(4) UV-B辐射增强使 2种微藻的 SOD 、POD和 CAT
活性先升高后下降，小角毛藻的酶活性变化相对稳定。
关键词：UV-B辐射；三角褐指藻；小角毛藻；生理生化响应
doi:10.3969/j.issn.1008-8873.2013.04.011 中图分类号：Q949.2 文献标识码：A 文章编号：1008-8873(2013)04-474-06
Physiological and biochemical responses of Phaeodactylum tricornutum and
Chaetoceros minutissimus to enhanced UV-B irradiation
TU Yan-ping, YU Hong-ling, XIE Zhi-hao

Key Laboratory of Applied Marine Biotechnology, Ministry of Education, Ningbo University, Ningbo, 315211, China

Abstract: The effects of UV-B irradiation on the growth, physiological and biochemical characteristics including chlorophyll, Car,
MDA, soluble protein contents and antioxidant enzyme activity of Phaeodactylum tricornutum and Chaetoceros minutissimus were
studied by using experimental ecology and biochemical methods. The results are as follows. (1) UV-B irradiation could inhibit the
growth of two marine microalgae species; however, low-dose of UV-B irradiation (0.75 J/m2) could stimulate the growth of P.
tricornutum. (2) Two microalgal species exposed to UV-B radiation had lower content of chlorophyll than the control. The chlorophyll
content of P. tricornutum increased first and then decreased; C. minutissimus showed a decreasing trend with increasing dose of UV-B
radiation. The MDA contents of two microalgal species increased with increasing dose of UV-B radiation. (3) The soluble protein
content of P. tricornutum under enhanced UV-B irradiation increased first and then decreased; C. minutissimus showed a decreasing
trend from the beginning to the end. (4) The SOD, POD and CAT activities of two marine microalgae increased first and then decreased,
whereas C. minutissimus showed a relatively stable change under UV-B irradiation.

Key words: UV-B irradiation; Phaeodactylum tricornutum; Chaetoceros minutissimus; physiological and biochemical responses
4期 屠燕萍，等. 三角褐指藻和小角毛藻对 UV-B辐射增强的生理生化响应 475
1 引言(Introduction)

氟氯烃(CFCs)和氮氧化合物的大量使用造成平
流层中的臭氧(O3)逐步减少，臭氧层变薄使到达地
球表面的紫外线增强，日益增强的紫外线作用已经
成为当今全球关注的重大环境问题之一。
UV-B(280~320 nm)辐射虽然仅占所有到达地球表
面电磁光谱的很小部分，但却对生物产生复杂影响
[1-2]。海洋生物受到紫外辐射的潜在危险性也在不断
增加，UV-B 辐射增强导致南极水域 6%~12%的初
级生产力受到损失，对海洋浮游植物乃至整个海洋
生态系统都产生了巨大的影响[3]。海洋微藻是海洋
生态系统中主要的初级生产者，也是 UV-B 辐射增
强最直接的响应者之一。不同海洋微藻对 UV-B 辐
射的敏感性不同，敏感种类的生长伤害作用明显；
而低敏感种类对 UV-B 辐射有着较好的忍受性，能
够维持相应的生长率[4]。UV-B辐射能够破坏光反应
系统和光合作用的关键酶，引起叶绿素的降解和光
合速率的下降[5-6]；使抗氧化酶含量和活性降低、造
成 DNA和藻细胞膜的损伤[7-8]，阻止一些关键的生
理 生 化 反 应 过 程 [9-10] 。 三 角 褐 指 藻
(Phaeodactylum tricornutum) 和 小 角 毛 藻
(Chaetoceros minutissimus)是我国海域重要的海洋
浮游硅藻代表种类，本研究以此 2种微藻为实验对
象，探讨了 UV-B 辐射增强对其生长和生理生化特
征的影响，为阐明 UV-B 辐射对海洋微藻和海洋生
态系统的影响提供依据。

2 材料与方法(Materials and methods)

2.1藻类和培养方法
实验藻种三角褐指藻和小角毛藻由中国海洋大
学微藻培养室提供。指数生长期接种，接种密度均
为 10×104 cells/mL。培养液为 f/2营养盐配方，培
养条件为温度(20±1)℃，光照强度 3000 lx，光暗比
12 h:12 h，pH=8.0±0.1，盐度 30±1.0。

2.2 UV-B辐射处理
采用的紫外线 B 灯管用乙酸纤维素薄膜(上海
生化试剂公司，厚度为 0.12 mm)包被，以除去低于
280 nm 的短波辐射。在正式实验前需连续照射 72
h，以减小薄膜滤过作用的不稳定性。所用薄膜每周
更换 1次，以防止薄膜的老化。实验时，将藻液倒
入直径 15 cm培养皿中，置于紫外灯正下方 20 cm
处照射，辐射强度为 1.25 W/cm2。通过调整辐射时
间控制辐射剂量，在预实验的基础上，设计 UV-B
的照射剂量分别为 0、0.75、1.5、2.25、3 J·m-2。为
了防止光修复，UV-B 处理后，藻液先暗处理 12h
后再光照 12 h。

2.3藻细胞密度的测定
在培养过程中定时摇动培养物，每天摇动 2~3
次，以防止藻类在培养期间沉积。测定用 Lugol 碘
液固定样品，血球计数板计数。比增长率按照公式
μ=lg(Nt /N0)/T计算，N0、Nt–分别为 0和 t时刻细
胞密度，T-培养时间。

2.4 叶绿素(chl-a)和类胡萝卜素(Car)的测定
用 0.54 μm的微孔滤膜抽滤收集藻细胞，90%
丙酮提取 24 h后分别在波长为 480 nm、510 nm、
630 nm、647 nm、664 nm、750 nm处测定其吸光值，
计算公式为：
叶绿素含量(μg/mL)=11.85×E664-l.54×E647-0.08×
E630，其中 E664=OD664-OD750；E647=OD647-OD750；
E630=OD630-OD750。
类胡萝卜素含量(μg/mL)= 7.60×(E480-1.49×E510)，
其中 E480= OD480-3OD750；E510=OD510-2OD 750 [11-12]。
最后含量用相对含量表示，相对含量(%)=样品含量
/对照组含量。

2.5 生理生化指标测定
取处理后的藻液，8 000 r/min离心 10 min，弃
上清液，取藻泥于研钵中，加入 2 mL的磷酸缓冲
液(0.05 mol/L，pH=7.8)和石英砂冰浴研磨，10 000
r/min离心 10 min，取上清液用于生化指标测定。
可溶性蛋白、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶
(POD)、过氧化氢酶(CAT)和丙二醛(MDA)的测定
均按试剂盒(南京建成生物工程研究所生产)说明
书进行。

2.6数据统计
数据处理应用 SPSS17.0 软件进行统计分析和
计算。

3 结果(Results)

3.1 UV-B辐射增强对 2种微藻生长的影响
UV-B 辐射增强对 2种微藻生长的影响见图 1。
生 态 科 学 Ecological Science 32卷 476
辐射剂量为 0.75 J/m2时，三角褐指藻相对增长率增
加了 5.20%，表现出低剂量辐射对其生长具有一定
的刺激效应。其他辐射处理组相对增长率均随着辐
射剂量的增加而快速下降，和对照组之间差异显著
(p<0.05)。小角毛藻的相对增长率也随着辐射剂量的
增加而下降，但下降幅度较为平缓。



图 1 UV-B辐射增强对 2 种微藻相对增长率的影响
Fig.1 Effects of enhanced UV-B radiation on relative growth
ratesof two microalgal species

UV-B 辐射对 2 种微藻相对增长率的影响与
辐射剂量 lgC 之间进行线性回归。结果表明：
三角褐指藻较小角毛藻对 UV-B辐射敏感。

表 1 UV-B辐射剂量与 2 种微藻生长抑制之间的关系
Table 1 Relation of UV-B radiation dose and growth
inhibition of two microalgal species
微藻
Microalgae
回归方程
Regression
equation
P R2 lgEC50
EC50
J·m-2
小角毛藻
C. minutissimus
y=0.526x+0.228 0.015 0.89 0.517 3.29
三角褐指藻
P. tricornutum
y=1.042x+0.297 0.027 0.844 0.193 1.56

3.2 UV-B辐射增强对 2种微藻 chl-a、Car和MDA
含量的影响
UV-B辐射增强对 2种微藻 chl-a、和 Car含量
的影响见图 2。低剂量辐射(0.75 J/m2)下，三角褐指
藻 chl-a含量小幅上升，高于 0.75 J/m2的辐射剂量，
则急剧下降，均低于对照组(p<0.05)；小角毛藻 chl-a
含量随辐射剂量的增加缓慢下降。2 种微藻 Car 含
量的变化规律与 chl-a大体一致。





图 2 UV-B辐射增强对 2 种微藻光合色素含量的影响
Fig. 2 Effects of enhanced UV-B radiation on photosynthetic
pigment contents of two microalgal species

由图 3 可知，2 种微藻 MDA 含量随 UV-B
辐射剂量的增加而升高，均高于对照组(p<0.01)，
各辐射处理组三角褐指藻 MDA 含量均高于小角
毛藻。



图 3 UV-B辐射增强对 2 种微藻丙二醛含量的影响
Fig.3Effects of enhanced UV-B radiation on MDA contents
of two microalgal species
4期 屠燕萍，等. 三角褐指藻和小角毛藻对 UV-B辐射增强的生理生化响应 477
3.3 UV-B辐射增强对 2种微藻可溶性蛋白含量的影
响
随着辐射剂量的增加，三角褐指藻可溶性蛋白
含量先稍有升高后较快下降。辐射剂量为
1.50 J/m2 时含量最高，是对照组的 185%，辐射剂
量为 3 J/m2时含量最低，为对照组的 55%。小角毛
藻随着辐射剂量的增加，可溶性蛋白含量始终呈下
降趋势(图 4)。



图 4 UV-B辐射增强对 2 种微藻可溶性蛋白含量的影响
Fig. 4 Effects of enhanced UV-B radiation on soluble protei
n contents of two microalgal species

3.4 UV-B辐射增强对 2种微藻抗氧化酶活性的影响
UV-B 辐射对 2 种微藻抗氧化酶活性的影响见
图 5。低剂量辐射(0.75 J/m2)下，三角褐指藻 SOD
活性升高，高于 0.75 J/m2的辐射剂量，SOD活性急
剧下降。随辐射剂量的增加，小角毛藻 SOD活性先
升高后下降，均维持在一个较高水平，与对照组无
显著差异(p>0.05)。2 种微藻 POD 活性随辐射剂量
的增加均呈现升高后下降的变化，辐射剂量为 1.50
和 2.25 J/m2时，POD活性分别达到最高值。低剂量
辐射(0.75 J/m2)下，两种微藻 CAT活性升高。随着
UV-B辐射剂量的增加，三角褐指藻 CAT活性急剧
下降至较低水平，与对照组差异显著(p<0.05)；小
角毛藻 CAT活性变化不明显，与对照组无显著差异
(p>0.05)。

4讨论(Discussion)

4.1 UV-B辐射对 2种微藻生长的影响
UV-B 辐射对海洋微藻生长的影响已有相关报
道，UV-B 辐射使藻细胞分裂速度减慢 [13]，或抑
制细胞循环的 G1和 G2蛋白的合成，从而抑制
细胞分裂，使细胞生长率降低 [14]。光系统 II(PSII)
是类囊体膜上光合作用的最敏感部位，也是光
合作用限制的主要部分，PSII 遭受破坏导致光
合作用受到影响，其生长也必然会受到影响。

图 5 UV-B辐射增强对 2 种微藻抗氧化酶活性的影响
Fig.5 Effects of enhanced UV-B radiation on antioxidant
enzyme activity of two microalgal species

蔡恒江等[7]研究表明 3 种赤潮微藻随 UV-B 辐射剂
量的加大生长速率明显受到抑制，王悠等[15]研究发
现海洋微藻对 UV-B 辐射存在敏感性差异。本实验
中 UV-B辐射对 2种微藻的生长表现出较明显的抑
制效应，随着辐射剂量的增加，对三角褐指藻的生
长抑制效应更加明显，其对 UV-B 辐射的敏感性要
高于小角毛藻。另外，低剂量 UV-B 辐射对三角褐
生 态 科 学 Ecological Science 32卷 478
指藻的生长具有一定刺激效应，这与刘成圣等[16]报
道的低剂量或短时间 UV-B 辐射对藻类生长具有一
定促进作用这一结果一致，一些学者称这种现象为
“毒物刺激效应”[17]。 这可能是因为低剂量 UV-B
辐射造成藻细胞内活性氧含量增加，而清除活性氧
的抗氧化系统也被诱导增强，导致细胞生长加快，
但随着辐射剂量的增加，活性氧在细胞体内大量积
累，抗氧化系统不足以清除过量的活性氧，细胞受
到氧化伤害，导致细胞分裂速度下降。

4.2 叶绿素 a 、类胡萝卜素和丙二醛含量对 UV-B辐
射增强的响应
叶绿素是藻类细胞中最基本的光合色素，是植
物形态建成和产量形成的基础。类胡萝素不仅是重
要的光合辅助色素，而且对叶绿素具有重要的保护
作用，在抗紫外辐射中可能起到重要的作用[11]。
UV-B处理使 2种微藻 chl-a和 Car含量下降，而三
角褐指藻对 UV-B 辐射的敏感性较高，其 chl-a 和
Car 下降速度明显快于小角毛藻。其原因可能是随
着辐射时间的延长和辐射剂量的增加，2 种微藻叶
绿体质膜和叶绿体分子遭受破坏，1，5-二磷酸核酮
糖羧化酶活性被抑制，CO2 羧化效率降低，破坏
PSII[12]。
丙二醛含量是膜质过氧化程度的重要指标，可
以间接反应出细胞的损伤程度[18]。随着辐射剂量的
增加，2 种微藻 MDA 含量显著升高，而三角褐指
藻 MDA 含量要高于小角毛藻，表明藻体细胞的损
伤程度也在增加，且三角褐指藻的损伤程度高于小
角毛藻。

4.3 UV-B辐射对微藻蛋白质合成的影响
蛋白质是藻类的两大生命物质之一，是其进行
新陈代谢的前提和基础。UV-B 辐射会降低编码蛋
白质尤其是叶绿体中参与光合作用的关键蛋白质的
mRNA含量，从而影响植物体内蛋白质的合成和光
合作用的进行[19]。实验中，三角褐指藻的可溶性蛋
白在 0-1.5 J/m2辐射剂量处出现增加现象可能是芳
香族氨基酸合成增加的结果，芳香族氨基酸是合成
黄酮的前提，而类黄酮类物质有利于保护植物免遭
UV-B辐射的伤害。随着 UV-B辐射剂量的增加，蛋
白质含量减少的原因，一方面可能是细胞内具有抗
辐射活性的蛋白质、糖蛋白及氨基酸色素等物质，
大量合成并分泌到胞外水体中，以消除紫外线作用
于水体产生的羟基自由基等对细胞的危害[20]；另一
方面，由于合成抗 UV-B 的多糖、脂肪酸和色素类
物质等，影响了细胞内蛋白质的合成。

4.4 抗氧化酶系统在抗 UV-B辐射胁迫中的作用
UV-B 辐射会使藻类细胞产生大量的活性氧自
由基(Reactive Oxygen Species, ROS)，ROS 对藻类
细胞的成分和结构会产生破坏作用。藻类细胞中存
在着消除 ROS的抗氧化防御体系，其一为酶系统，
包括 SOD、POD和 CAT等；其二为非酶系统，主
要是细胞内的一些抗氧化物质。SOD对机体的氧化
与抗氧化平衡起着至关重要的作用，它可以清除藻
体内的 ROS，保护细胞免受伤害[21]。本实验结果显
示，低剂量的 UV-B辐射条件下，SOD的生物合成
在其诱导下增高，导致 SOD活性增加；随着辐射剂
量的增加，藻细胞内产生的 ROS超出了 SOD清除
能力，造成细胞的氧化损伤。小角毛藻对 UV-B 辐
射的耐受性强于三角褐指藻，其 SOD活性维持在一
较高水平，而三角褐指藻 SOD活性则急剧下降。
过氧化氢(H2O2)是植物体内黄素氧化酶类代谢
产物，它的积累会导致破坏性的氧化作用。POD是
抗氧化系统的关键性酶，在 H2O2 的清除中发挥重
要作用，而 CAT能将 H2O2分解，使机体免受 H2O2
的毒害作用，其活性与植物的抗逆性密切相关。它
们和 SOD都能清除超氧化物自由基，抑制膜脂过氧
化水平，在减轻膜脂伤害上起着重要的保护作用。
本实验中，2种微藻 POD活性变化趋势基本一致，
随着辐射剂量的增加先上升后下降，说明 2种微藻
POD 对活性氧积累的清除作用有限。三角褐指藻
CAT 活性随着辐射剂量的增加急剧下降至较低水
平，小角毛藻 CAT活性变化不明显。有研究表明紫
外辐射可使雨生红球藻(Haematococcus pluvialis)中
CAT 活性降低但不显著 [22] ，亚历山大藻
(Alexandrium tamarense) 和 赤 潮 异 弯 藻
(Heterosigma akaskiwo)的 CAT活性随着 UV-B辐射
剂量增加先上升后下降[23]，由此可见不同海洋微藻
CAT 酶在清除氧自由基的积累方面表现出种间差
异性。

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