小檗碱对铜绿微囊藻和蛋白核小球藻抑藻效应的差异及其机理研究

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本试验以铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)及蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidesa)为试验对象,深入研究了小檗碱对两种藻类抑藻效应的差异及其作用机理,以期为小檗碱作为抑杀蓝藻的选择性抑藻剂开发提供科学依据,同时为开发低成本、高效环保的光合作用抑制型除藻剂奠定基础。主要研究结果如下:1.小檗碱对铜绿微囊藻及蛋白核小球藻生长及PSⅡ光化学活性的影响正常光照(40μmol·m-2·s-1,12 L:12 D)条件下,4 mg/L小檗碱能够有效抑杀铜绿微囊藻,6 d时铜绿微囊藻全部死亡,细胞密度下降为0,10 h后ETR和Fv/Fm即降低至0;持续黑暗条件下,小檗碱对铜绿微囊藻无抑杀效应。与对照组相比,4 mg/L小檗碱处理组铜绿微囊藻细胞密度和叶绿素荧光参数均无显著差异(P>0.05);黑暗2 d后光恢复(40μmol·m-2·s-1,12 L:12 D)条件下,小檗碱在光恢复初期重新发挥抑藻效应,但无法有效杀灭铜绿微囊藻,表现为4 mg/L小檗碱处理组铜绿微囊藻在光照恢复初期密度保持稳定,恢复光照5 d后密度逐渐升高,Fv/Fm和ETR呈先下降后升高趋势。在3种不同光照条件下,小檗碱对蛋白核小球藻均无抑杀效应。与对照组相比,4 mg/L小檗碱处理组蛋白核小球藻生长和叶绿素荧光参数均无显著差异(P>0.05)。2.小檗碱对铜绿微囊藻及蛋白核小球藻光合速率和电子传递活性的影响小檗碱处理12 h后,各小檗碱处理组铜绿微囊藻的光合放氧速率和呼吸耗氧速率随着培养时间的延长均呈下降趋势;在相同培养时间内,随着小檗碱处理浓度的升高,铜绿微囊藻的光合放氧速率和呼吸耗氧速率均呈下降趋势。小檗碱处理使铜绿微囊藻全链和PSⅡ电子传递活性显著下降(P<0.05),而PSⅠ电子传递活性与对照组相比无显著差异(P>0.05)。与对照组相比,小檗碱处理组蛋白核小球藻的光合放氧速率、呼吸耗氧速率、全链、PSⅡ和PSⅠ电子传递活性与对照组相比均无显著差异(P>0.05)。3.小檗碱对铜绿微囊藻及蛋白核小球藻H2O2含量及生成位点的影响随着小檗碱处理时间的延长,小檗碱处理组铜绿微囊藻H2O2含量呈先升高后下降再升高趋势,5 mg/L小檗碱处理组铜绿微囊藻H2O2含量均显著高于对照组(P<0.05);随着小檗碱处理时间的延长,蛋白核小球藻H2O2含量均呈先升高后下降再保持稳定趋势。小檗碱处理组蛋白核小球藻H2O2含量与对照组相比差异不显著(P>0.05)。随着小檗碱作用时间的延长,铜绿微囊藻胞内类囊体,细胞中央及细胞膜上逐渐出现H2O2,分布范围逐渐扩大。以上研究结果表明,小檗碱是一种光合作用抑制型化感物质,能够选择性抑杀铜绿微囊藻,其作用位点位于类囊体光系统Ⅱ(PSⅡ)上,通过阻碍PSⅡ光合电子传递过程激发产生大量ROS进而发挥抑藻作用。由于蛋白核小球藻具有叶绿体结构,小檗碱无法通过叶绿体包膜进而抑制PSⅡ光合电子传递过程,因此无法对蛋白核小球藻发挥抑杀效应。
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