全 文 ：武汉植物学研究 2002, 20 (5) : 403～ 404
J ourna l of W uhan B otan ica l Resea rch
不同CO 2 浓度下培养的蛋白核小球藻细胞结构的变化Ξ
夏建荣1　高坤山1, 2
(1. 汕头大学海洋生物研究所, 汕头　515063; 2. 中国科学院水生生物研究所, 武汉　430072)
关键词: 蛋白核小球藻; 蛋白核; 亚显微结构; CO 2
　　中图分类号: Q 949. 21　　　　　文献标识码: A 　　　　　文章编号: 10002470X (2002) 0520403202
Change of Cell Structure of Ch lorella pyrenoidosa Grown
under D ifferen t CO 2 Concen tra tion
X IA J ian2Rong1, GAO Kun2Shan1, 2
(1. M arine B iology Institu te, S han tou U n iversity , Shan tou, Guangdong　515063, Ch ina;
2. Institu te of H y d robiology , T he Ch inese A cad emy of S ciences, W uhan　430072, Ch ina)
Abstract: E levated CO 2 concen tra t ion had in sign if ican t effect on shape and size of Ch lorella
py renoid osa , bu t increased the amoun t of Ch lo rop last. Pyreno ids w ere found in low 2CO 22grow n
cells, bu t no t in h igh2CO 22grow n cells. T he ch lo rop last lam ella of low 2CO 22grow n cells had h igh2
er electrica l den sity than that of h igh2CO 22grow n cells.
Key words: Ch lorella py renoid osa; Pyreno id; U lt rast ructu re; CO 2
　　大气 CO 2 浓度升高已成为全球关注的一大热
点问题, CO 2 浓度升高对陆生植物影响已有广泛的
研究[1 ]。但水生植物由于水体中无机碳主要以
CO 2-3 、HCO -3 和CO 2 的形式存在, 所以对大气CO 2
浓度升高的响应较为复杂。已有的有关CO 2 浓度与
藻类关系的研究主要侧重于高浓度CO 2 对其生理
学特性的影响, 如: 当单细胞绿藻生活在高浓度CO 2
(5% ) 的环境中时, 细胞对CO 2 的亲和力明显降低,
CO 2 补偿点升高, 碳酸酐酶的活性降低, 细胞亚显微
结构也伴随着明显变化[2, 3 ]。但以上的研究均采用很
高的 CO 2 浓度 (一般为 5% ) , 而在现实的淡水中很
少有这么高浓度的CO 2。绿藻作为淡水生态系统中
主要的初级生产者, 在淡水 CO 2 浓度变化的环境
中, 其细胞显微和亚显微结构的变化还未见报道。笔
者选用淡水中常见的绿藻 (蛋白核小球藻)为实验材
料, 在探讨CO 2 浓度升高影响蛋白核小球藻生长的
同时, 也观察了细胞内部结构变化的情况。
1　材料与方法
1. 1　实验材料
蛋白核小球藻 (Ch lorella py renoid osa ) 藻种来
自中国科学院水生生物研究所典型物保藏中心淡水
藻种库。
1. 2　实验方法
蛋白核小球藻培养采用改良的B risto l’s 培养
基 (含 20 m gömL N aHCO 3 和 20 mmo löL T ris) , 调
整pH 值分别为 712、812、910, 在这 3 种 pH 值的培
养液中接入等体积的藻种, 使培养液中藻浓度相
同, 混匀, 密封, 置于光照培养箱中, 光照度为
200 Λmo lõm - 2õ s- 1, 温度 28℃, 光照周期为 12L ÷
12D , 在照光期, 每隔一定时间, 用总有机碳分析仪
测定其D IC (可溶性无机碳浓度) 的变化, 并添加
N aHCO 3, 以保证D IC 浓度变化小于 10%。每天照
光前更换部分培养液, pH 值保持稳定, 通过 pH 值
和D IC 的浓度计算培养液中的CO 2 浓度, 并分别控Ξ 收稿日期: 2001210211, 修回日期: 2002208231。基金项目: 国家自然科学基金资助项目 (39830060)。
　　　作者简介: 夏建荣 (1968- ) , 男, 浙江海宁人, 博士, 讲师, 主要从事藻类生理生态学研究。
制为 3、21 和 186 Λmo l, 在暗期不添加N aHCO 3, 培
养 6～ 7 d 后收获藻液, 用于实验。
1. 3　光学显微结构观察
将离心收获的藻沉淀溶于新鲜的B risto l’s 培
养基中, 在普通显微镜下观察 (目镜 10×, 物镜
40×) , 用OL YM PU S 显微摄影系统照相。
1. 4　亚显微结构观察
将离心收获的藻沉淀, 用 pH 值为 710 的
011mo löL 磷酸缓冲液洗 3 次, 然后用 5% (V öV ) 戊
二 醛 溶 液 ( 用 含 015 mo löL 蔗 糖 pH 712 的
012 mo löL 的二甲砷酸钠缓冲液配制) 固定 2 h; 然
后用上述磷酸缓冲液洗 2 次, 再用 2% O sO 4 后固定
1 h, 经系列梯度酒精溶液脱水后, 用苯二甲酸二丙
烯酯渗透过夜; 包埋于苯二甲酸二丙烯酯中, 聚合
72 h 后用超薄切片机 (L KB )进行超薄切片、醋酸铀2
柠 檬 酸 铅 双 染 色; 最 后 在 透 射 电 镜 (H 2300,
H ITA CH I)下观察。
2　结果与讨论
蛋白核小球藻在不同 CO 2 浓度 ( 3、21 和
186 Λmo löL CO 2) 培养下, 细胞外形和大小没有明
显变化, 表明其细胞的外形和体积对CO 2 浓度的变
化并不敏感 (图版É )。蛋白核小球藻亚显微结构显
示, 不同CO 2 浓度培养导致细胞内叶绿体的数量和
分布有明显的不同, 高浓度CO 2 培养的细胞叶绿体
的数量明显增多, 便于吸收更多的光能, 这与高浓度
CO 2 培养的蛋白核小球藻具有较高的光合速率[4 ]是
一致的。我们的研究结果还表明, 蛋白核小球藻细胞
在低浓度CO 2 (3 Λmo l 和 21 Λmo löL CO 2)培养下细
胞内有一个发育良好的, 由淀粉盘 (starch p la te) 包
围的蛋白核, 而在高浓度CO 2 培养的细胞内则没有
发现蛋白核或蛋白核不明显, 这与斜生栅藻、盐藻
(D una lielia tertiolecta)等在不同CO 2 浓度培养下细
胞结构的变化是一致的[2, 3 ]。W anka 等发现通空气
培养的小球藻 (Ch lorella vu lg a ris 11h 和 Ch lorella
vu lg a ris C23) 的细胞生长周期中也有淀粉盘包围的
蛋白核的出现[5 ] , 可见绿藻中蛋白核的发育与培养
过程中的CO 2 浓度紧密相关, 低浓度CO 2 促进蛋白
核的发育, 我们的结果也证明了这一点。在微藻中,
R ub isco 是蛋白核中主要的蛋白成分[6 ] , 其数量随
生长环境 CO 2浓度的变化而变化, 在高浓度 CO 2
(5% CO 2) 培养下, 衣藻中有 50% 的R ub isco 在蛋白
核上, 而在低浓度培养的细胞中, 则有约 90% 的
R ub isco 位于蛋白核上[7 9 ]。同时也发现低浓度CO 2
培养诱导的一部分CA 酶也位于蛋白核上[3 ]。由于
蛋白核只是在低浓度CO 2 培养下形成和发育, 所以
可以推测这种结构在低浓度CO 2 培养的绿藻细胞
中, 可能参与增加细胞对无机碳的亲和力, 通过CA
酶的催化将CO 2 更容易地转移至R ub isco。高浓度
CO 2 培养的蛋白核小球藻细胞叶绿体片层结构具有
较高的电子 密 度, 这 与 M iyach i 等 在 小 球 藻
(Ch lorella vu lg a ris 和 Ch lorella m in ia ta )和T suzuk i
等在盐藻 (D una liella tertiolecta) 中的结果一致[2, 3 ]。
这样具有较高电子密度的片层结构可能对CO 2 在
叶绿体内的扩散造成一定的阻碍, 导致光合速率的
下降[3 ] , 这与有关光合作用测定结果是一致的[4 ]。
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404 武 汉 植 物 学 研 究　　　　　　　　　　　　　　　　 　第 20 卷