海洋微藻光合作用对UV-B辐射增强的响应特征及机制研究

臭氧层减薄是当今最引人注目的全球变化现象之一,而且全球性的臭氧层的侵蚀和破坏仍在日渐加重。臭氧层的减薄使得到达地面的紫外线，尤其是对生物具严重损伤作用的紫外线B波段（UV-B）的辐射增强，从而对全球产生明显的生态学和生物学效应。海洋浮游植物是海洋生态系中对UV-B辐射增强最直接的响应者。因此本项目以紫外线（UV-B）辐射增强为影响因子，选用海洋微藻为材料，开展以下三方面的研究工作。1、海洋微藻的光合色素吸光特性对UV-B辐射增强的响应变化。2、海洋微藻光合作用的光反应过程对UV-B辐射增强的响应特征。3、海洋微藻光合作用的碳反应过程对UV-B辐射增强的响应特征。研究目标是从光合作用的三大过程-光合色素吸光过程、光反应过程和碳反应过程深入揭示海洋微藻光合作用对UV-B辐射增强的响应机制.为准确估计海洋微藻在调节全球变化中的作用和阐明全球变化对海洋生态系统的影响提供理论依据。

UV-B辐射增强、重金属及持久性有机污染物程度加深是备受关注的全球性环境问题。本项目的重点是在实验生态条件下研究了UV-B辐射增强对海洋微藻光合作用过程的影响，首次系统探讨了光合作用三大过程：光合色素吸光过程、光反应过程以及碳反应过程对UV-B辐射增强的响应特征，并基于活性氧理论对可能的作用机理进行了探讨。在此基础上，比较性研究了另两类胁迫因子：重金属Cu2+和持久性有机污染物—石油烃水溶性成分(WAF)对微藻光合作用过程的影响，对不同胁迫条件下微藻光合作用过程损伤的异同进行分析。 .(1)UV-B辐射增强显著影响杜氏盐藻光合作用的吸光过程，其体内叶绿素a、b、类胡萝卜素等色素含量以及Chl a/ Chl b和Chl/Car比值均随UV-B辐射增强而变化，说明改变光合色素含量的策略是其进行光保护和光适应的途径。UV-B辐射增强能有效影响杜氏盐藻的光反应过程，低剂量辐射条件下光系统Ⅱ主要通过非光化学猝灭途径来消散过量的光能，从而减轻过量能量对PSII反应中心的伤害；而高剂量的UV-B辐射条件下则是通过提高光化学猝灭能力来消散过量的光能。UV-B辐射使得电子传递速率以及光能扑捉和转换效率均有所下降，从而改变并降低了对吸收光能的分配和利用率。UV-B辐射增强能诱导碳反应关键酶核酮糖1-5二磷酸羧化酶活性的升高，说明碳反应过程在UV-B辐射增强条件下也有所改变。电镜研究表明，UV-B辐射对杜氏盐藻光合作用片层损伤明显，叶绿体中的光合色素小体被漂白，甚至出现空腔。细胞内的膜脂过氧化程度增加，同时抗氧化系统各组分有所响应。综上所述， UV-B辐射增强加剧杜氏盐藻体内的氧化胁迫，对光合作用等关键生理过程产生损伤，抗氧化系统在微藻抵御氧化损伤方面发挥作用。.(2)基于叶绿素荧光技术、流式细胞术并结合透射电镜技术比较研究了重金属Cu2+以及WAF对微藻光合作用过程的影响，结果均显示：外源胁迫因子能够降低微藻光合色素含量，改变色素之间的比值以及色素吸收峰等吸光特征，损伤光系统Ⅱ（PSⅡ）的电子传递和能量传递过程，并顺序性影响到微藻的碳反应过程。但不同胁迫因子对光合作用过程作用的靶位不同。.基于本研究结果，共发表论文10篇（SCI/EI收录7篇；共有4人次参加国际会议；培养硕、博士研究生5名。