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在长期的进化过程中,水华蓝藻发展了一套独特的生理学机制,形成了极强的生态竞争优势。ABA是一种重要的植物激素,ABA在植物体内的产生及其含量受到生物胁迫和非生物胁迫的调控,并在植物对胁迫耐受性和抗性中发挥着重要作用。本文以水华蓝藻的优势藻种一铜绿微囊藻为研究材料,研究外源ABA在藻细胞抵抗非生物胁迫中的作用,主要包括:重金属胁迫(Cu2+和Ni2+)、渗透胁迫(盐胁迫和水分胁迫)、氧化胁迫(H202)、高、低温胁迫、黑暗胁迫,检测各种胁迫下铜绿微囊藻生长和生理的变化,为揭示微囊藻的抗逆机理奠定基础。在此基础上,进一步采用高效液相色谱法检测铜绿微囊藻中是否存在内源ABA。本研究得到以下结果:
1.在正常生长条件下,外源ABA的浓度超过10mg.l-1对铜绿微囊藻的生长开始有抑制作用。
2.外加20mg.l-1ABA对各种胁迫条件下铜绿微囊藻生长的影响研究表明:外源ABA能明显增强藻细胞对重金属(铜和镍离子)胁迫、渗透胁迫(NaCl和PEG)和黑暗胁迫下的抵抗能力;能提高藻细胞在氧化胁迫(H202)下的生长;而对温度胁迫(高、低温)的藻细胞生长没有明显影响。
3.外源20mg.l-1ABA提高铜绿微囊藻抵抗非生物胁迫的生理机制分析表明:外源ABA能提高胁迫下细胞中的可溶性蛋白,胞内多糖的合成,提高抗氧化酶系活力,降低胞内自由基的积累,维持细胞正常的生长和生理活动。
4.不同胁迫下,外源20mg.l-1ABA对藻细胞抗逆性增强的作用机理有一定差异:重金属Cu2+主要影响藻细胞的光合结构和功能,外源ABA有助于提高PC和APC的稳定性;Ni2+胁迫导致细胞中积累大量活性氧分子,外源ABA能提高抗氧化酶系,维持活性氧的动态平衡;外源ABA对维持藻细胞在NaCl胁迫下的可溶性蛋白含量有明显作用;而对PEG胁迫下的藻细胞,外源ABA主要通过增加其胞内多糖和类胡萝卜素的合成而提高抗逆性。外源ABA能促进黑暗培养条件下藻细胞的叶绿素的快速合成,且能提高类胡萝卜素、多糖及蛋白等的积累,从而帮助细胞恢复生长。外源ABA对过氧化氢胁迫下生长的藻细胞的作用,主要通过提高抗氧化酶活力降低胞内氧自由基含量。
本研究的高温、低温胁迫条件对铜绿微囊藻的生长抑制不明显。外源20mg.l-1ABA对高低温胁迫下藻细胞的生长虽然没有影响,但ABA能明显促进高温下藻细胞中光合色素、可溶性蛋白及多糖的合成,而对低温胁迫下藻细胞的上述生理过程没有明显作用。
5.HPLC方法分析了滇池水华爆发水体的ABA含量极高,细胞中ABA含量达到0.61mg.l-1,上清中ABA含量约0.21mg.l-1:用该方法从0.25MNaCl胁迫处理的铜绿微囊藻细胞中检测到ABA的含量:胞内约为0.02mg.l-1;上清中约为0.29~0.30mg.l-1。
由以上结果可知,ABA能增强水华铜绿微囊藻对重金属、渗透、氧化和黑暗胁迫的抗逆性,盐胁迫能增加藻细胞中ABA的合成及细胞向环境中释放ABA的量。ABA在水华蓝藻抗非生物胁迫中发挥了重要作用。