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铁是一种重要的营养元素,与铁相关的蛋白质参与蓝藻光合和呼吸作用等重要的代谢过程。自然水体中铁的存在形式多样,但只有游离的铁离子可以被蓝藻等浮游植物所利用。物理化学方法只能测定水体中总铁的含量,用活的生物作为报告体的生物检测可以测定水体中可利用的铁。鱼腥藻PCC7120是一种丝状固氮蓝藻,外膜上存在与铁转运相关的受体,编码这些受体蛋白质的基因受缺铁胁迫的诱导。本研究以鱼腥藻PCC7120为材料,将3个可能编码和铁转运相关的外膜蛋白质基因alr2581、air2153和alr0397的启动子分别与luxAB报告基因融合,构建了生物报告体,测定了它们对铁浓度响应的时间及范围,并利用它们检测了太湖、东湖和巢湖水样中可利用的铁浓度。研究的内容和结果如下:
1.利用鱼腥藻PCC7120的3个基因alr2581、alr2153和alr0397的启动子分别驱动luxAB报告基因,构建了铁的生物报告体Palr2581-luxAB、Palr2153-luxAB和Palr0397-luxAB。这三个藻株在+Fe和-Fe的BG11培养基中生长没有明显差异,但培养后期+Fe培养基中培养的藻细胞叶绿素a的含量要显著高于-Fe条件。在生长的各个时期,-Fe条件下培养的藻细胞的LuxAB酶活均显著高于+Fe条件,显示出这3个基因的表达均受缺铁胁迫的诱导。
2.经不同Fe3+浓度Fraquil培养基处理不同时间的三个生物报告体,在12 h时,藻细胞的LuxAB酶活与铁浓度pFe(-lg[Fe3+])均呈现出典型的S形曲线关系,即LuxAB酶活随Fe3+浓度的增加而降低,并在pFe=20.7～21.2(Fe3+=10-20.7～10-21.2 M)的范围内有很好的线性关系。其中,生物报告体Palr0397-luxAB更是在pFe=19.6～21.5的范围内有良好的线性关系,因而灵敏度更高,且与另外两个生物报告体相比,LuxAB酶活背景值较低、响应值最高。
3.通过石墨炉原子吸收光谱法与利用3个藻株作为铁的生物报告体,分别测定了太湖、东湖和巢湖水样中总溶解性铁和可利用铁的浓度。结果显示太湖中总溶解性铁的浓度最高,东湖其次,巢湖最低；可利用铁的浓度也是太湖中最高,但巢湖其次,东湖的最低。湖水样品的分析结果还显示藻株Palr0397-luxAB是最合适的铁生物报告体,而Palr2153-luxAB则不能用于3个湖泊水样中铁的测定。