实验室进化是研究实验室种群在设定条件下的进化,是研究生物对环境适应机理的有效方法。蓝藻有很强的环境适应能力,可能有“双面下注”(随机突变)的环境适应机制,盐胁迫下不同的驯化株可能出现不同的适应机制。目前绝大多数的实验室进化都集中在大肠杆菌,但对蓝藻在长期高盐胁迫下的实验室进化尚未见报道。单细胞淡水蓝藻集胞藻(Synechocystis sp.)PCC 6803的基因组有很高的可塑性,是基因工程的模式藻株。本文以集胞藻PCC 6803为材料,从一个单克隆开始,扩增后将其接种到高盐(3%NaCl)的BG-11培养基,设定10个高盐驯化株,进行了长达435天43代的高盐驯化,以2个在普通BG-11培养基中培养的野生型作对照株,分析长期高盐胁迫对细胞形态、生理及代谢组的影响,研究集胞藻PCC 6803在高盐胁迫条件下的耐受机制及进化方向。结果如下:(1)细胞形态。(1)不同驯化时间的驯化株(3、12和43代),细胞形态保持完整,直径较对照株均有不同程度的增加且处于分裂期的细胞增多。第3代驯化株直径显著大于野生型;第12、43代驯化株比第3代驯化株略小。结果表明,盐胁迫会使集胞藻PCC6803的细胞体积增大并抑制细胞分裂。野生型的细胞直径呈正态分布只有1个峰,而第3、12和43代驯化株细胞的直径分布较分散且有多个峰,推测不同的驯化株可能包含多个细胞亚群。(2)第12代10个驯化株与2个对照株都在盐胁迫下培养。驯化株的生长状况明显优于对照株;对照株的细胞直径显著变大,驯化株没有变化,驯化株之间的细胞直径无明显差异。(3)第28代10个驯化株先用普通BG-11培养7天,让驯化株和对照株有相同的起始条件,再与2个对照株都在盐胁迫下培养。驯化株生长状况优于对照株;对照株的细胞直径显著变大,驯化株没有变化;驯化株之间的细胞直径有明显差异。(2)生长速率。(1)盐胁迫下,第28代10个驯化株的生长速率都大于对照株,驯化株之间有较大差异。(2)盐胁迫处理3天,第33代10个驯化株的生长速率大于对照。(3)光合效率。盐胁迫下,第28代10个驯化株的最大光合效率(Fv/Fm)值基本都大于对照株;驯化株之间Fv/Fm值的变化趋势差异较大。12个藻株Y(Ⅱ)值的变化趋势和Fv/Fm值的一致。推测集胞藻PCC 6803的10个驯化株已能适应高盐环境,并且耐盐性可遗传。(4)代谢组检测。第33代的10个驯化株与1个对照株都在盐胁迫下培养,对照株用普通和高盐BG-11培养基分别接种。代谢组共检测到59种化合物,代谢物相对含量heatmap聚类图和主成分分析(PCA)表明,驯化株可能分成了6个或更多个亚群。甘油基糖苷、甘油和棕榈酸可能是集胞藻PCC 6803适应高盐胁迫的关键代谢物,甘油基糖苷等兼容性有机物的合成和棕榈酸等脂肪酸组成的变化可能是集胞藻PCC 6803适应盐胁迫的重要机制。综上所述,本文通过分析长期高盐胁迫对集胞藻PCC 6803细胞形态、生理及代谢组的影响,初步探究了集胞藻PCC 6803在高盐胁迫条件下的耐受机制及进化方向,为更深入地进行集胞藻PCC 6803的高盐实验室进化研究奠定了基础。