IOCAS-IR  > 实验海洋生物学重点实验室
不同品系龙须菜在不同温盐和光照下的光合生理响应
Alternative Title
薛俊瑞
Subtype硕士
Thesis Advisor刘建国
2022-05-18
Degree Grantor中国科学院大学
Place of Conferral中国科学院海洋研究所
Degree Name工程硕士
Degree Discipline生物工程
Keyword栽培龙须菜 野生龙须菜 绿色龙须菜 温度适应性 强光抗性
Abstract

龙须菜(Gracilariopsis lemaneiformis)是一种重要的大型经济红藻,生产上采用营养繁殖方式进行栽培。比较不同龙须菜之间生理生化特性的差异对于龙须菜种质开发具有重要意义。本文对比研究了栽培、野生和绿色“鲁青-17”龙须菜的温度适应性,鲁青-17和栽培龙须菜的强光抗性,以及三者的适盐性差异。主要结果如下:

  1. 9℃低温下,栽培龙须菜的PSII最大量子产额(Fv/Fm)、光合性能指数(PIABS)、光合电子传递和总光合速率均显著低于野生龙须菜,表明栽培龙须菜低温下光合机构的损伤可能是其低温耐受性差的原因。与光合作用最佳的21相比,29℃高温下栽培龙须菜的Fv/Fm略有升高,光合电子传递正常,热激蛋白hsp70表达量及含量显著增加,抗坏血酸过氧化物酶(APX)和谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-PX)活性升高,H2O2水平升高,MDA水平降低。相比之下,野生龙须菜的Fv/FmPIABS29℃时显著降低,表明PSII受体侧和PSII反应中心受到严重破坏,光合电子传递受到明显抑制,过氧化氢积累;尽管其总超氧化物歧化酶(T-SOD)和APX活性升高,但由于GSH-PX活性降低,导致MDA含量也升高。上述结果表明:栽培龙须菜的高温耐受性显著高于野生龙须菜的部分原因在于栽培龙须菜的PSII受体侧健康、光合电子传递高效、呼吸速率相对稳定以及APXGSH-PX活性较高; 栽培龙须菜的低温耐受性减弱的部分原因在于光合机构受到严重损伤。
  2. 相比于野生龙须菜,5℃低温条件下鲁青-17光能吸收过剩和电子传递受阻,以及单位面积反应中心数量的减少,PSⅡ反应中心和PSⅡ受体侧受损,光抑制严重,净光合速率近乎负值,导致鲁青-17光合效率显著低于野生龙须菜。相反,29℃高温条件下,鲁青-17具有相对健康的PSⅡ反应中心和PSⅡ受体侧,并能维持较高的光化学效率,具有较好的高温耐受性;而野生龙须菜PSⅡ反应中心和PSⅡ受体侧明显受损,无法维持较高的光化学效率,高温耐受性差。高温下,鲁青-17采取减少光能吸收、提高电子传递效率的方式来适应高温逆境环境。
  3. 5℃到29℃温度范围内,鲁青-17与栽培龙须菜的总光合速率、净光合速率以及呼吸速率均无显著性差异,两者温度适应性基本相同,但其PSⅡ最大光化学效率存在一定的差异。5℃低温条件下鲁青-17吸收的光能过剩,PSⅡ反应中心和PSⅡ受体侧均有明显损伤,导致鲁青-17光合效率显著低于栽培龙须菜;21℃下鲁青-17的电子传递与单位反应中心的能量流动以及光化学效率均与栽培龙须菜无明显差异;29℃下高温条件下鲁青-17单位横截面内反应中心数量、光合电子传递、单位反应中心能量流动以及光化学效率均与栽培龙须菜一致,鲁青-17在高温条件下表现出了与栽培龙须菜相似的耐高温性能。
  4. 鲁青-17的叶绿素a、类胡萝卜素、别藻蓝蛋白和藻红蛋白含量均显著低于栽培龙须菜,而藻蓝蛋白与栽培龙须菜无显著性差异。此外,光合响应结果表明:强光胁迫下,鲁青-17 RC/CSM显著低于栽培龙须菜,PSⅡ反应中心失活或降解严重;ABS/RCDIO/RC显著高于栽培龙须菜,单位反应中心的负载加重;同时在蓝光和红光下,鲁青-17WK显著上升,PSⅡ供体侧受损;而在红光下,鲁青-17ψO和φEo均显著低于栽培龙须菜,PSⅡ受体侧也损伤严重。因此鲁青-17在强光胁迫下光化学效率更低、光抑制严重、耐强光性差。
  5. 野生、鲁青-17和栽培龙须菜均具有较广的盐度适应范围(8~32‰),但16‰盐度下野生龙须菜光化学效率最高,40‰盐度下栽培龙须菜高盐抗性最高。16‰盐度下野生龙须菜具有较高光化学效率的原因至少部分在于具有相对好的PSⅡ反应中心和单位横截面能量流动。40‰高盐海水下栽培龙须菜具有较强高盐抗性的原因至少部分在于其具有相对健康的PSⅡ反应中心以及较为正常的单位反应中心能量流动。
Other Abstract

Subject Area生物学
MOST Discipline Catalogue工学
Pages78
Funding ProjectStrategic Priority Research Program of Chinese Academy of Sciences[XDB01000000] ; Special Project for Marine Public Welfare Industry of China[201505033] ; National Key R&D Program of China[2018YFD0901500] ; National Key R&D Program of China[2018YFD0901500] ; Special Project for Marine Public Welfare Industry of China[201505033] ; Strategic Priority Research Program of Chinese Academy of Sciences[XDB01000000]
Language中文
Table of Contents

 

1  引言.......................................................................................... 1

1.1  龙须菜生活史.................................................................................................. 1

1.2  龙须菜的价值.................................................................................................. 2

1.2.1  龙须菜作为琼胶提取原料的价值........................................................... 2

1.2.2  龙须菜的食用价值................................................................................... 3

1.2.3  龙须菜的药用价值................................................................................... 3

1.2.4  龙须菜的生态价值................................................................................... 5

1.3  龙须菜的栽培和发展...................................................................................... 6

1.3.1  龙须菜的栽培历史................................................................................... 6

1.3.2  龙须菜的栽培种质................................................................................... 6

1.3.3  龙须菜栽培面临的问题........................................................................... 7

1.4  龙须菜突变体研究进展.................................................................................. 8

1.5  选题依据和研究内容...................................................................................... 9

2  野生和栽培龙须菜的适温性差异.......................................... 11

2.1  实验材料........................................................................................................ 11

2.1.1  实验材料来源......................................................................................... 11

2.1.2  仪器......................................................................................................... 11

2.2  实验方法........................................................................................................ 11

2.2.1  温度处理................................................................................................. 11

2.2.2  光合速率与呼吸速率测定..................................................................... 12

2.2.3  叶绿素荧光测定..................................................................................... 12

2.2.4  丙二醛和过氧化氢含量与抗氧化酶活性测定..................................... 12

2.2.5  热激蛋白hsp70的表达量及含量测定.................................................. 13

2.2.6  统计分析................................................................................................. 13

2.3  结果................................................................................................................ 14

2.3.1  野生和栽培龙须菜生长水温的年度变化............................................. 14

2.3.2  光合速率与呼吸速率............................................................................. 15

2.3.3  PSⅡ最大光化学效率.............................................................................. 16

2.3.4  叶绿素荧光动力学曲线的比较............................................................. 17

2.3.5  JIP-test相关参数.................................................................................... 18

2.3.6  丙二醛含量、过氧化氢含量与抗氧化酶活性..................................... 20

2.3.7  热激蛋白hsp70的表达量及含量.......................................................... 21

2.4  讨论................................................................................................................ 21

2.5  结论................................................................................................................ 25

3  绿色与野生龙须菜的适温性差异.......................................... 26

3.1  实验材料........................................................................................................ 26

3.1.1  材料采集与暂养..................................................................................... 26

3.1.2  实验仪器................................................................................................. 26

3.2  实验方法........................................................................................................ 26

3.2.1  鲁青-17分子鉴定................................................................................... 26

3.2.2  温度处理................................................................................................. 27

3.2.3  光合速率与呼吸速率测定..................................................................... 27

3.2.4  叶绿素荧光测定..................................................................................... 27

3.2.5  统计分析................................................................................................. 28

3.3  结果................................................................................................................ 28

3.3.1  分子鉴定结果......................................................................................... 28

3.3.2  光合速率与呼吸速率............................................................................. 30

3.3.3  不同温度处理下Fv/Fm变化趋势.......................................................... 31

3.3.4  叶绿素荧光动力学曲线......................................................................... 32

3.3.5  JIP-test相关参数分析............................................................................ 33

3.4  讨论................................................................................................................ 35

3.5  结论................................................................................................................ 37

4  绿色与栽培龙须菜的适温性差异.......................................... 39

4.1  实验材料........................................................................................................ 39

4.1.1  材料采集与暂养..................................................................................... 39

4.1.2  实验仪器................................................................................................. 39

4.2  实验方法........................................................................................................ 39

4.2.1  温度处理................................................................................................. 39

4.2.2  光合速率与呼吸速率测定..................................................................... 39

4.2.3  叶绿素荧光测定..................................................................................... 40

4.2.4  统计分析................................................................................................. 40

4.3  结果................................................................................................................ 40

4.3.1  光合速率与呼吸速率............................................................................. 40

4.3.2  PSⅡ最大光化学效率.............................................................................. 41

4.3.3  叶绿素荧光动力学曲线......................................................................... 41

4.3.4  JIP-test分析............................................................................................ 43

4.4  讨论................................................................................................................ 45

4.5  结论................................................................................................................ 46

5  绿色和栽培龙须菜的强光抗性差异...................................... 47

5.1  实验材料........................................................................................................ 47

5.1.1  材料采集与暂养..................................................................................... 47

5.1.2  实验仪器................................................................................................. 47

5.2  实验方法........................................................................................................ 47

5.2.1  光合色素的测定..................................................................................... 47

5.2.2  材料处理................................................................................................. 48

5.2.3  快速叶绿素荧光诱导曲线的测定......................................................... 48

5.2.4  统计分析................................................................................................. 48

5.3  结果................................................................................................................ 49

5.3.1  色素含量................................................................................................. 49

5.3.2  不同光质强光下光抑制的差异............................................................. 50

5.3.3  JIP-test分析PSⅡ相关参数的差异........................................................ 50

5.4  讨论................................................................................................................ 54

5.5  结论................................................................................................................ 56

6  野生、栽培和绿色龙须菜的适盐性差异.............................. 57

6.1  实验材料........................................................................................................ 57

6.1.1  材料采集与暂养..................................................................................... 57

6.1.2  实验仪器................................................................................................. 57

6.2  实验方法........................................................................................................ 57

6.2.1  盐度处理................................................................................................. 57

6.2.2  叶绿素荧光测定..................................................................................... 58

6.2.3  统计分析................................................................................................. 58

6.3  结果................................................................................................................ 58

6.3.1  PSⅡ最大光化学效率.............................................................................. 58

6.3.2  JIP-test分析............................................................................................ 59

6.4  讨论................................................................................................................ 62

6.5  结论................................................................................................................ 63

7  结论........................................................................................ 64

参考文献............................................................................................... 66

  ................................................................................................... 76

作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果...................... 78

Document Type学位论文
Identifierhttp://ir.qdio.ac.cn/handle/337002/178353
Collection实验海洋生物学重点实验室
Recommended Citation
GB/T 7714
薛俊瑞. 不同品系龙须菜在不同温盐和光照下的光合生理响应[D]. 中国科学院海洋研究所. 中国科学院大学,2022.
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