盐度变化条件下紫外辐射对浒苔光合特性的影响及机制研究

The effects of solar ultraviolet radiation (UVR: 280-400nm) on the photosynthesis in marine macroalgae are a double-edged sword under the constant salinity conditions, which mean that both positive and negative effects were observed in previous studies. However, macroalgae, living in the intertidal zone, endured short and long periods of changeable salinity and UVR stress, and how the salinity fluctuation mediates the effects of UVR on macroalgae, is fundamentally unknown. In this study, we cultured the green algae Ulva prolifera under salinity fluctuation and UVR treatments (under solar simulator or solar radiation), the physiological responses, such as the growth, amount and composition of chlorophylls, chlorophyll fluorescence (maximal or effective quantum yield; relative electron transfer rate; non-photochemical quenching, etc.), repair and damage rate of D1 protein, net and gross photosynthetic oxygen evolution rate and dark respiration rate, as well as inorganic carbon utilization and concentrating mechanism were evaluated. Additionally, the activity and genetic expression of Rubisco, carbonic anhydrase and nitrate reductase were determined in order to investigate the interactive effects of salinity fluctuation and UVR on the photosynthesis and mechanisms in the green algae Ulva prolifera while culturing it under solar simulator or solar radiation with or without UVR.

海水盐度恒定不变时，高辐射量的紫外辐射抑制大型海藻的光合作用，但低辐射量的紫外辐射又起促进作用。然而生活在潮间带的大型海藻同时受到盐度变化和紫外辐射的双重影响，二者对大型海藻光合作用有何影响，还处于未知阶段。本课题以浒苔为研究对象，拟探讨盐度变化条件下，紫外辐射对浒苔光合作用的影响及机制。首先，结合光生物学及藻类生理生化的研究手段，探讨盐度变化条件下紫外辐射对浒苔光合作用光反应的影响，研究光化学效率及光系统II的损伤与修复；其次，探讨盐度变化条件下光合作用暗反应关键酶、光合放氧量对紫外辐射变化的响应；最后，揭示盐度变化条件下浒苔无机碳利用机制对紫外辐射的响应。通过分析盐度变化条件下紫外辐射的作用以及紫外与可见光的复合效应，系统阐述盐度变化条件下阳光紫外辐射与浒苔光合作用及光抑制的关系，为全面研究浒苔光合作用、绿潮的爆发提供生物学基础。

生活在潮间带的浒苔同时受到盐度变化和UVR的双重影响，但关于二者对其光合作用复合效应的研究相对较少。同时我国近岸海域浒苔的爆发具有周期性，这是否与光照时长的年度变化有关也是未知的。本项目以浒苔幼苗为研究对象，设置一定的盐度梯度、盐度变化模式、紫外辐射水平、光照时长等对其进行长期或短期处理，探究盐度变化和以上环境因子对浒苔生长、叶绿素荧光、色素含量、抗氧化活性、可溶性糖、蛋白等含量以及呼吸速率、光合放氧速率、光合固碳速率等的复合效应。结果显示：1）浒苔对盐度的耐受性较强，从盐度5到盐度35均具有较高的相对生长速率；2）浒苔在夜晚无光的状态下也可以进行快速生长，此特性受光照时长的影响；3）低强度的紫外辐射B在一定程度上提高浒苔的相对电子传递速率，且该过程受盐度的影响，尤其是当低盐10培养的浒苔转移到盐度35条件时，浒苔的相对电子传递速率显著增加，此时光合固碳略有降低但不显著。4）盐度35培养的浒苔在有紫外辐射存在时具有较高的光合固碳速率。增加紫外辐射的强度，发现，高盐、低盐条件下浒苔对紫外辐射的耐受性均有增加，但和盐度25相比，盐度10显著降低浒苔的光合固碳速率。即紫外辐射对浒苔的作用一方面受辐射强度的影响，另一方面又受盐度的调控；5）盐度对浒苔生长的影响还受海水pH值的影响，低盐5时，海水pH的瞬间降低可以导致显著抑制浒苔的生长，但在海水pH缓慢上升的过程中，浒苔的相关生理指标又可以逐渐恢复，且在盐度10时恢复的最好。6）按照水域调查报告的氨氮、硝氮、亚硝氮的比例进行培养，发现盐度对浒苔生长的影响不仅与氮浓度相关，还与氮的形态有关。低盐时，氮浓度升高对浒苔生长的影响不显著，但高盐时，富营养化的氮浓度会抑制其生长。相关研究结果已发表论文7篇，受到审稿人的好评。