胁迫条件下活性氧在能源微藻油脂积累中的功能探讨

能源微藻是最具潜力的可再生能源之一。研究表明产油微藻通常在处于胁迫条件下时才能大量积累以甘油三酯为主的中性油脂，但关于该过程的调控机理目前还所知甚少。活性氧作为细胞内重要的信号物质，参与了生物体的逆境胁迫损害和保护机制，可以诱导抗氧化次生代谢物以及动物细胞内脂类物质的合成，但目前尚不清楚胁迫条件下微藻油脂积累过程是否与活性氧的信号传导有关。.本项目拟以能源微藻莱茵衣藻和葡萄藻为研究对象，采用激光共聚集和荧光相关光谱技术对胁迫条件下细胞内活性氧产生的类型、位点和含量进行检测，同时检测抗氧化酶、光合活性和膜脂过氧化物，探讨微藻油脂积累和氧化胁迫的关系；另一方面，用活性氧的清除剂、不同类型和不同位点活性氧的诱生剂处理微藻，主要检测其对油脂含量和油脂合成关键酶基因表达的影响，从而明确活性氧在油脂积累中的功能。本项目旨在从信号传导角度探讨微藻产油机理，从而为能源微藻的产业化发展提供理论基础。

活性氧作为细胞内的重要信号物质，参与生物体内的逆境胁迫损害和保护机制，在能源微藻产油过程中发挥着重要作用。我们从解析微藻油脂积累与活性氧浓度、类型及其分布的关系入手展开研究，主要研究成果如下：1）优化了尼罗红染色荧光光谱法测定扁藻和葡萄藻中油脂含量的操作参数，为微藻中油脂含量变化的定量分析奠定了方法基础；2）以光合膜蛋白光系统I（PSI）为例，在体外研究了活性氧的产生机制和抑制途径。高光条件下，PSI中的类胡萝卜素不足以淬灭三线态叶绿素，诱导单线态氧的产生；表面活性剂作用下PSI上脱落的叶绿素也能够诱导活性氧的产生（单线态氧、超氧自由基、过氧化氢）；在有充足还原剂抗坏血酸钠的条件下，三线态氧可以经由单线态氧和超氧自由基两种途径转化为过氧化氢，其中单线态氧途径占85%，超氧自由基途径占15%。同时研究发现，叶绿素衍生物叶绿三酸同样可以诱导活性氧的产生，诱导途径与叶绿素相同，且叶绿三酸的水溶性较好。这些研究为活性氧的可调控诱导奠定了重要基础；3）缺氮和高光胁迫处理能够明显促进莱茵衣藻和布朗葡萄藻中活性氧浓度的增加，活性氧含量与油脂积累正相关；活性氧诱生剂促进莱茵衣藻和布朗葡萄藻中油脂的积累；活性氧清除剂抑制莱茵衣藻和布朗葡萄藻中油脂的积累；叶绿体中活性氧对葡萄藻油脂积累的作用较显著。上述成果为能源微藻油脂积累的诱导调控奠定了重要基础。