中草药小檗碱对铜绿微囊藻光合作用影响的研究

以铜绿微囊藻为主体的蓝藻水华频繁爆发，导致水域生态平衡被破坏，给淡水养殖业造成了巨大的危害。铜绿微囊藻因具有较强的光合作用能力，使其在与其它藻类的竞争中占据显著优势，可以快速生长繁殖，这是导致铜绿微囊藻水华频繁发生的重要原因之一。我们在国内外首先发现中草药小檗碱能够强烈抑制铜绿微囊藻的生长，并且这种抑制作用主要通过影响铜绿微囊藻的光合作用实现，因此本课题拟采用叶绿素荧光技术和实时荧光定量PCR技术等方法，研究弄清小檗碱对铜绿微囊藻光合作用主要元件及反应过程的影响，分析建立小檗碱作用下铜绿微囊藻光合作用主要元件与主要反应过程之间的动态联系，探明小檗碱对铜绿微囊藻光合作用影响的规律，为阐明小檗碱抑制铜绿微囊藻光合作用的机理奠定基础，对揭示小檗碱的抑藻机理也具有重要意义，还可为小檗碱实际应用到铜绿微囊藻水华的控制提供理论依据，同时将为其它高效、环保、低成本抑藻剂的开发利用提供借鉴。

以铜绿微囊藻为主体的蓝藻水华频繁爆发，导致水域生态平衡被破坏，给淡水养殖业造成了巨大的危害。铜绿微囊藻因具有较强的光合作用能力，使其在与其它藻类的竞争中占据显著优势，可以快速生长繁殖，这是导致铜绿微囊藻水华频繁发生的重要原因之一。本课题采用叶绿素荧光技术、实时荧光定量PCR技术和RNA-seq技术等方法，研究弄清了抑藻化感物质小檗碱对铜绿微囊藻光合作用主要元件及反应过程的影响，建立了小檗碱作用下铜绿微囊藻光合作用主要元件与主要反应过程之间的动态联系，探明了小檗碱对铜绿微囊藻光合作用的影响规律，为阐明小檗碱的抑藻机理奠定了基础，为小檗碱实际应用到铜绿微囊藻水华的控制提供了理论依据。主要研究结果如下：黑暗条件下，小檗碱对铜绿微囊藻无抑杀作用。小檗碱的抑藻效存在光活化（依赖）现象，只在光照条件下发挥抑藻效应。光照条件下，通过透射电镜观察我们发现，小檗碱处理引起铜绿微囊藻细胞超微结构的破坏最早发生在类囊体上，同时小檗碱能够显著降低铜绿微囊藻光合色素含量并影响光合色素的组成；利用实时荧光定量PCR技术和RNA-seq技术检测发现，小檗碱能够显著降低铜绿微囊藻光合作用相关基因表达；采用叶绿素荧光技术研究发现，小檗碱能够显著抑制铜绿微囊藻PSII反应中心活性；通过Clark氧电极研究小檗碱对铜绿微囊藻光合电子传递活性的影响，结果显示小檗碱处理使全链电子传递活性和PSII电子传递活性显著下降（P < 0.05），而PSI电子传递活性在小檗碱处理下与对照组相比无显著差异（P > 0.05）。因此，我们推断小檗碱是光合作用抑制型化感物质，在铜绿微囊藻上的作用靶点位于PSII光合电子传递链上，通过抑制PSII光合电子传递过程导致光系统能量过剩进而激发活性氧（ROS）大量产生，过量累积的ROS导致类囊体结构破坏，光合色素含量下降，光合色素组成改变，并抑制光合作用相关基因的表达，进而发挥抑藻效应。