硅藻休眠期细胞是硅藻在不良环境中形成的一种细胞壁硅质化程度提高的特殊生命阶段,对硅藻自身种群存续以及环境生态都具有重要意义。但目前人们对硅藻休眠期细胞形成过程的许多生理生化变化特征知之甚少。本文研究了三种硅藻假微型海链藻(Thallasiosira peuddowaana),牟氏角毛藻(Chaetocerosmuelleri),布氏双尾藻(DiDtylum brightwellii)休眠期细胞形成过程中各自生理生化特征及其变化,包括细胞形态、光合特性、细胞活性、营养盐吸收、生物大分子含量等。而硅藻休眠期细胞及营养细胞细胞壁蛋白及细胞器蛋白组成成分的比较分析为休眠期细胞多项生理生化特征变化提供了有力的分子生物学证据。本文通过综合并比较三种硅藻休眠期细胞生理生化特征的异同,获得了硅藻休眠期细胞形成过程的细胞代谢特征。上述结果揭示了硅藻以休眠期细胞方式度过环境胁迫,长期存活的生态策略。本文主要研究结果如下:(1)低温(4℃)黑暗3个月条件下可成功诱导假微型海链藻休眠细胞形成,诱导第8周(第56天)开始形成稳定的高比例成熟休眠细胞(77.64%),到第10-12周休眠细胞形成率增加至93%。假微型海链藻休眠细胞存在硅质壁加厚,细胞质浓缩,具膜质体数量增加等特点。在休眠细胞形成过程中,Fv/Fm不断下降至0.076,与此同时单细胞Chla含量发生了补偿积累,特别是在成熟休眠细胞形成期。而休眠细胞诱导过程,细胞对硅和磷的吸收利用明显增加,对硝态氮利用不明显。吸收的硅酸盐主要用于休眠细胞硅质壁的增厚,休眠细胞单细胞细胞内硅含量和细胞壁硅含量分别约为营养细胞的2.5倍和3倍。对磷酸盐的吸收主要用于休眠细胞含磷有机物的积累。细胞内油脂在休眠细胞诱导中期大幅度积累,可能为后期成熟休眠细胞存储蛋白质提供物质和能量支持。与正常细胞相比,休眠细胞中未检测到的壳环带蛋白CingulinW1和硅化蛋白Silaffin2,提示这两种蛋白可能不参与成熟休眠细胞硅质壁加厚过程。而休眠细胞含有丰富细胞器蛋白,如膜蛋白、核糖体蛋白、能量相关蛋白、色素蛋白,磷酸化蛋白,表明休眠细胞具有丰富的能量代谢旺盛的含膜细胞器,与形态学观察相一致。这些细胞蛋白有可能参与了休眠细胞形成过程中叶绿素a的积累过程、油脂向蛋白质存储的转化以及对磷酸盐的吸收利用。(2)缺氮、缺铁及高盐等胁迫因素共同作用诱导了牟氏角毛藻休眠孢子的形成,第24天休眠孢子形成率最高,达72.92%。根据休眠孢子形成率跳跃式增长后达平台期的特点可将休眠孢子过程划分为早、中、晚三个阶段。牟氏角毛藻休眠孢子的形态特点为硅质壁加厚,细胞质浓缩,具膜质体数量增加,上壳发生明显凸起。与假微型海链藻休眠细胞形成一样,单细胞Chla含量在其Fv/Fm整体下降过程中逐步快速积累。对硅和磷的吸收显著增加且利用加快,因此胞内硅含量和磷酸盐含量变化不明显。单细胞细胞壁最高硅含量约为营养细胞的4倍。含磷有机物为主的总磷不断增长,早中期细胞内总糖和油脂的积累可能为中后期的两次蛋白积累提供了物质和能量。未在休眠孢子检测到的Copper-induced girdle band-associated cell surface protein,该蛋白可能不参与休眠孢子细胞壁加厚过程。而其休眠孢子细胞器蛋白包含更多的核糖体蛋白,ATP相关蛋白,线粒体中与能量代谢蛋白以及磷酸化蛋白,这些说明其休眠孢子具有更活跃的蛋白翻译和能量代谢并支持含磷有机物的积累的现象。(3)氮限制诱导了布氏双尾藻休眠孢子的形成,第15天孢子形成率最高,达63.5%。其休眠孢子形成也经历了同牟氏角毛藻类似的阶段式增加的过程。其休眠孢子细胞壁加厚,细胞质浓缩,在原细胞内形成多层新壳,成熟休眠孢子的旧壳常会发生脱落使细胞变小。不同于其他两种硅藻,在休眠孢子形成率最高时(第15,18天),细胞的Fv/Vm在之前下降至0.106后逐步增长而恢复,而单细胞Chla含量不增加反而下降,这可能与其休眠孢子光合特性与其他硅藻不同有关。单细胞细胞壁硅含量的积累出现在早期,约为营养细胞的3倍,单细胞细胞内硅含量在诱导中期明显增加,约为营养细胞的2倍。在休眠孢子诱导过程中,细胞对磷的吸收增加,单细胞胞内磷酸盐含量显著高于营养细胞。同时,休眠细胞富集油脂,但含量处于波动变化,说明休眠孢子形成过程中,细胞在不断合成和利用油脂。胞内蛋白的富集主要集中在休眠孢子诱导早期(第6天),积累的蛋白含量显著高于营养细胞。(4)本文三种硅藻休眠期细胞的共同特征为:细胞壁加厚,细胞质浓缩,具膜质体数量增加;Fv/Fm下降而Chla含量积累(除布氏双尾藻);硅、磷吸收显著,硝态氮吸收不明显;油脂蛋白合成增加。然而这些特征变化程度、发生阶段,存储形式有所不同。