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南极是地球上最冷的地区之一,低温是极地最基本的特征。南极海冰中存在着大量网状的盐囊和盐通道,其温度及盐度的剧烈变化会生物造成很大的伤害。南极冰藻是指生活在南极海冰、海冰边缘或海水等极端环境中的一大类微藻的总称,是南极地区主要的初级生产者。南极冰藻能在如此特殊的生境中生存,必然形成了一套独特的适应南极极端环境的生理生化机制。细胞膜是细胞与外界环境之间的第一道特殊的屏障,膜结构的稳定性和流动性是南极冰藻抵御极端环境的生理基础。不饱和脂肪酸是构成生物膜的重要组成成分,与维持膜流动性密切相关。脂肪酸脱氢酶可在质膜的脂肪酸链中引入双键,提高脂肪酸的不饱和度,从而使膜脂的熔点降低,细胞膜的流动性提高。南极冰藻Chlamydomonas sp.ICE-L是一种单细胞真核生物,易于操作,可以直接在细胞水平上对刺激做出应答,使其成为研究极地极端环境的良好模式生物。本文对不同生境下南极冰藻细胞膜流动性的变化、质膜脂肪酸的组分分析,及脂肪酸脱氢酶的基因表达调控机制进行研究,以期为南极冰藻的极端环境适应性机制及应用开发提供科学依据。本论文主要进行了以下研究内容:通过荧光分光光度计法研究了温度和盐度对南极冰藻Chlamydomonas sp.ICE-L细胞膜流动性的影响;运用GC-MS技术测定了不同生境下南极冰藻质膜中脂肪酸的含量及组分变化,探究质膜脂肪酸的变化与细胞膜流动性的关系。结果表明在低温及高盐条件下,南极冰藻ICE-L细胞膜的流动性增加,从而可以维持细胞膜的正常功能和细胞内环境的稳定;随着温度的降低和盐度的升高,南极冰藻质膜总多不饱和脂肪酸含量增加,质膜脂肪酸组分有十多种,其中C20:5,C20:3,C18:3三种多不饱和脂肪酸,温度的降低时,C18:3和C20:5的含量增加,在高盐度条件下,C20:5的含量增加,在低盐度条件下,C18:3的含量为最高值。对南极冰藻Chlamydomonas sp.ICE-L进行转录组学测序,共得到功能基因序列75805条,并进行了七大数据库的基因功能注释,获得了几种脂肪酸脱氢酶的基因序列;通过普通PCR法克隆获得了Δ9、ω6、Δ6脂肪酸脱氢酶的基因序列全长并对其进行了生物信息学分析;应用实时定量PCR技术对南极冰藻不饱和脂肪酸合成途径中五种关键脂肪酸脱氢酶的基因转录调控机制进行了研究。qRT-PCR结果表明,脂肪酸脱氢酶在不同胁迫条件下的基因表达调控模式不尽相同。Δ9CiFAD基因的表达量在温度胁迫条件下迅速升高,该酶是脂肪酸去饱和的限速酶。Δ6CiFAD,ω3CiFAD1,ω3CiFAD2的表达量在低温(-20°C和0°C)情况下保持较高水平,而Δ12CiFAD在应对长时间的高温压力下起重要作用。高盐压力环境中Δ9CiFAD、Δ6CiFAD、ω3CiFAD1表达更为敏感,Δ12CiFAD、ω3CiFAD2对低盐环境反应更活跃,且Δ12CiFAD在低盐条件下的表达调控有时间上的延迟。本文以南极冰藻Chlamydomonas sp.ICE-L为材料,初步探究了该藻质膜的不饱和脂肪酸与细胞膜流动性的关系,对脂肪酸脱氢酶基因进行了克隆和分析,探究了不同胁迫条件下脂肪酸脱氢酶基因的表达调控模式,为揭示其对温度及盐度的适应机制奠定了基础。