天然植物多酚对微囊藻细胞膜及细胞器质膜通道蛋白作用机理研究

目前随着人类生产活动的不断加剧，藻类水华，特别是蓝藻水华和产生的藻毒素，已经成为威胁世界和我国水环境的重要隐患。用天然的植物提取物对水华污染进行防治是一种环保、高效、经济、安全的方法。本实验室经多年研究发现，金合欢属的植物提取物对蓝藻生长有很好的抑制作用。同时，通过三峡库区的现场实验证实了该植物抑藻剂（主要含植物多酚）对蓝藻水华防治作用和生态修复作用，但对其抑藻机理还需深入研究。本项目拟用细胞生物学和分子生物学技术探讨该植物多酚对铜绿微囊藻细胞膜上几种重要的膜通道蛋白（K+、Na+、Ca2+通道蛋白）作用。首先观察细胞膜超微结构的破坏情况；其次用膜边钳和试剂盒检测植物多酚对膜通道蛋白活性和功能的影响；并用蛋白质双向凝胶电泳和Western杂交检测植物多酚与膜通道蛋白结合情况，找到植物多酚与膜通道蛋白作用的分子证据，对其抑藻作用途径和机理作出阐释。

本项目选取铜绿微囊藻为实验材料，初步探讨了黑荆树提取物对铜绿微囊藻的抑制机理。首先，实验表明，黑荆树提取物对微囊藻生长抑制效果明显。加入浓度分别为10 ppm，20 ppm提取物1 d后，藻细胞的密度降低了20%和40%；而且叶绿素a的浓度也在抑藻剂加入1 d后明显降低，4 d之后20 ppm组的降低了27%，说明藻细胞光合系统受到破坏，光合作用受到抑制，细胞活力下降。另外，透射电镜对铜绿微囊藻细胞超微结构的扫描结果表明，黑荆树提取物能破坏细胞壁和细胞膜。细胞膜结构的损坏导致了细胞膜通透性的改变。藻培养液的电导率测定表明，一定浓度的黑荆树提取物能使培养液的OD264在1 d之内从0.1增加到0.5，并持续维持在较高的水平。在黑荆树提取物对藻作用过程中，细胞膜的Ca2+-Mg2+-ATP酶活性与对照相比一直维持在较低的水平，进一步表明此植物抑藻剂影响了铜绿微囊藻ATP酶活性，抑制了其对ATP的分解作用，从而影响了藻的生长。膜蛋白反相高效液相色谱图的分析结果表明，处理组与对照组相比，某些膜蛋白的洗脱时间出现延后，说明这些蛋白与抑藻剂中物质发生了结合，表明膜蛋白是黑荆树提取物作用的靶物质。因此，根据以上研究成果推测，黑荆树提取物对铜绿微囊藻的抑制过程可能是首先作用于藻细胞膜，影响膜蛋白的结构和功能并改变细胞膜通透性甚至破坏细胞膜，然后影响细胞内类囊体、遗传物质中心质区等结构，进而影响细胞光合作用和其他生理活动，最终导致藻细胞的死亡和细胞浓度的降低。因此，本项目研究从细胞水平和蛋白质水平上初步阐释了黑荆树提取物的抑藻机理，取得了较好的科研成果，达到了研究目的。.该项目研究本研究所用的植物抑藻剂来源于金合欢属植物的天然提取物，半衰期为六天左右，降解快，不带来二次污染，不引入外来生物，是自主研发的一种对环境友好, 生态安全, 来源丰富, 经济适用, 抑藻效果好的高效植物抑藻剂，能有效恢复生态结构。该属植物在我国有分布，取材方便，原料便宜，有很好的应用价值。因此，本项目的研究成果具有较高的科研价值和现实指导意义。.该课题组已发表论文6篇。其中SCI文章2篇，核心期刊4篇，发明专利1项。科研成果超额完成任务。培养了本科生1名，硕士研究生3名，吸收了1名毕业生就业。