氧化条件下微囊藻细胞的应激反应及灭活调控机制

How to achieve the inactivation of algal cells without inducing the release of intracellular organic matter is a difficult problem in the regulation of microcystis cell oxidation. Our previous study found the sustained damage phenomenon of oxidized microcystis cells after quenching. Whether this phenomenon is related to the programmed cell death (PCD) has attracted our attention, and thus leads to the research towards the mechanism of stress response for microcystis cells under oxidative condition. Hence, this project aims to investigate the mechanism of stress response in the exposure of different oxidants from the antioxidant system and PCD aspects, and further explain the change of significant response indicators according to the information on transcription levels of different functional genes. Furthermore, the correlation between the stress response and the change of indicators in morphology and biochemical molecular level will be investigated to reveal the inactivation process of microcystis cells. The indicative parameters can be obtained for the optimal oxidation of microcystis cells, and the optimization of microcystis cells inactivation process can be realized under oxidative condition.

如何在实现藻细胞失活脱稳的同时避免有毒胞内有机物的释放是微囊藻氧化灭活调控处理中的难点问题。我们在前期研究中发现经氧化猝灭后的微囊藻细胞存在持续受损的现象，这种现象是否与程序性细胞死亡（programmed cell death, PCD）有关引起了我们的关注，并由此引发了对氧化条件下微囊藻细胞应激反应机制的研究。本项目拟从抗氧化系统和PCD途径两个方面考察在不同氧化剂暴露过程中微囊藻细胞的应激反应机制，并依据不同功能基因转录水平的信息解释应激反应过程中藻细胞显著性响应指标的变化；进而将辅助氧化暴露过程中及暴露后微囊藻细胞在形态学和生化分子水平上的指标变化情况与其所做出的应激反应进行相关性分析，探讨微囊藻细胞应激反应与灭活过程之间的关联，揭示微囊藻的灭活过程。据此得到能够指示微囊藻细胞灭活最佳氧化条件的指示性参数，实现氧化条件下微囊藻细胞灭活调控过程的优化。

如何在实现藻细胞失活脱稳的同时避免有毒胞内有机物的释放是微囊藻氧化灭活调控处理中的难点问题。本项目从抗氧化系统和程序性细胞死亡途径两个方面考察了在不同氧化剂暴露过程中微囊藻细胞的应激反应机制。研究发现藻在受到氯的胁迫时胞内会产生活性氧(ROS)，表面停留性有机物(S-AOM)可一定程度上缓解氯对藻细胞的胁迫，而超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性的升高表明藻细胞防御体系被激活，用于清除胞内ROS，抵御氧化损伤。另外，半胱天冬酶Caspase 3活性、细胞核DNA片段化及染色质形态变化情况结果均表明氯的氧化可以使微囊藻细胞产生明显的氧化应激反应，并且可诱发PCD过程的出现，最终造成余氯猝灭后藻细胞仍持续受损的现象。因此，在实际的高藻水预处理过程中，即使采用低投量的氯预氧化，也会造成藻细胞在输水过程中的大量死亡，进而导致藻毒素等藻源有机物的释放问题，引发更高的饮用水健康风险，而将预氯化过程放在水厂的净水工艺中进行可以避免这一问题。