潮间带底栖甲藻对光环境变化的适应与保护机制研究

Intertidal benthic dinoflagellate (IBD) withstand the variable and extreme light conditions of intertidal environment that caused by the ebb and flow of tide, including light quantity and quality (the ratio of visible light to ultraviolet) change of solar light. However, little is known regarding the photoprotective mechanism or capacity against the photoinhibition responsible for it. Our prophase findings confirm that the existence of photoprotective mechanism is used to protect itself via the contribution of ultraviolet absorbing compounds, accelerating the recovery of photodamaged PSII, and even utilizing low quantity of ultraviolet-A. Two problems to be solved including (1) how IBD response and adapt to light quantity and quality change due to the ebb and flow of tide? (2) What are difference in responding to the change of light environment among different vertical distribution of IBD? We plan to choose four typical different genera as experimental materials because benthic dinoflagellate is a large group. The purpose is to summarize the mechanism of photoprotection to the change of light environment stress through the study of the light-induce physiological indicators in these four genera with different light acclimation. The main experiment methods including the different light environment setting, Determination of active oxygenase activity, photosynthetic pigments and protective pigments, determination of D1 protein content and chlorophyll fluorescence.

潮间带底栖甲藻因受涨落潮的影响，周期性经受着剧烈的阳光辐射强度（光强）与光质（可见光与紫外线的比例）的变化。面对光环境变化引起的光抑制和光损伤，底栖甲藻通过何种光保护机制来应对尚未知晓。项目组前期预实验结果显示，底栖甲藻能够合成紫外吸收物质，提高修复被光损伤的光系统II，甚至能够利用低剂量的紫外线A等机制进行自我保护。本课题拟通过潮间带底栖甲藻对光环境变化的光生理学研究，解决以下两个问题：潮间带底栖甲藻如何响应和适应因涨落潮引起的光强与光质剧烈变化？不同潮间带区域的底栖甲藻对光环境变化的响应与适应的差异如何？本课题选取四种典型潮间带底栖甲藻属作为实验材料，通过光环境的设定，活性氧酶活性测定，光合色素和保护色素测定，D1蛋白含量的测定和叶绿素荧光技术探究不同属、不同光敏感性的潮间带底栖甲藻在光环境改变的情况下的生理指标变化，揭示潮间带底栖甲藻对光环境变化的光保护机制。

底栖甲藻由于其能合成多种对海洋生物和人类健康造成威胁的毒素，引起科学界的广泛关注。底栖甲藻营附着生活，在潮间带有着广泛分布。然而该区域藻细胞势必周期性暴露于空气中，经受着剧烈的阳光辐射乃至紫外线辐射。根据已有的研究表明，底栖甲藻对光照极为敏感。其如何响应自然条件下剧烈的光变化则有待于研究。本研究对选取不同种和不同株的底栖甲藻，在不同光环境下，对其细胞生长，叶绿素a荧光，色素，紫外吸收物质，毒素等进行分析。获得的主要研究成果如下：..1. 紫外线A在低剂量下普遍对底栖甲藻的生长存在促进效应。该促进作用主要体现在利用紫外线A进行光合作用，提高辅助色素传递能量效率和光系统II向光系统I电子受体库实现。.2. 而紫外线B普遍起到抑制作用，其中对热带库里亚藻（Coolia tropicalis）和太平洋冈比亚藻（Gambierdiscus pacific）有着较强的抑制率，而卵圆蛎甲藻（Ostreopsis ovata）和利马原甲藻（Prorocentrum lima，SD4株）则有着较强的紫外耐受性。而在P. lima的不同株系亦存在紫外敏感型，其特征主要为低叶黄素循环色素和低非光化学淬灭。类菌胞素氨基酸含量的高低亦在细胞防御紫外线B损伤中起到了重要作用。.3. 细胞处于光抑制时亦会造成毒素OA和DTX-1合成率的下降甚至阻断，其程度取决于细胞的光敏感度。而OA和DTX-1最大合成率需要足够的光强支持，基本在50 μmol photons m-2 s-1达到饱和。.4. 通过野外的干出实验，发现当紫外线照射和干出耦合时，可造成光合活性的不可逆转的损伤。..通过对不同种和不同株系底栖甲藻在不同光环境下的光合生理和毒素合成进行了较为全面的分析，研究结果不仅拓宽了对底栖甲藻光响应机制的认识，也为进一步探讨毒素合成机理提供了有价值的参考信息。