从光合作用与活性氧代谢角度探究异枝卡帕藻的特殊抗逆机制

Kappaphycus is the main raw material for the production of κ-carrageenan. However, ice-ice disease caused by enviromental stress burst frequently during the cultivation of the Kappaphycus. The special phenomenon that Kappaphycus striatum showed more resistance to enviromental stress than Kappaphycus alvarezii,was discovered by us in our former reasearch . In order to study the reason for the special phenomenon, the following works are planed to be accomplished. Firstly, differences in the status of the primary reaction of photosynthesis and electron transportation between K. striatum and K. alvarezii incubated in enviromental stress will be analyzed. Secondly, the quantity of PSII key protein (D1 protein) with the encoding gene psbA, the quantity of PSI key proteins (51kDa and 45 kDa proteins) with the encoding genes psaA and psaB and the quantity and activity of Calvin cycle key enzyme (Rubsico enzyme) with large-subunit encoding gene rbcL will also be studyed. Thirdly, the quantity of active oxygen key products （O2o-, H2O2）and activity of quenched enzymes (SOD, APX, CAT，MDAR，DHAR，GR，GPX) will be detected when the K. striatum and K. alvarezii are incubated in the same stress condition. Together these three the mechanism of stress resistance in K. striatum will be illustrated from the point of photosynthesis and active oxygen metabolism. Besides this work will provide theoretical principle for the healthful aquaculture of Kappaphycus.

卡帕藻是生产卡拉胶的主要原料，但规模化养殖中环境胁迫导致的冰样腐烂病频发。前期研究中本课题组发现了异枝卡帕藻对逆境抗性高于长心卡帕藻的特殊现象，为探究产生该特殊现象的原因，本项目拟:1.比较逆境对异枝卡帕藻和长心卡帕藻光合原初反应和电子传递影响的异同；2.从光合作用关键蛋白和关键酶变化角度，比较逆境下两藻的光合系统II(PSII)的D1蛋白和光合系统I(PSI)的51kDa与45 kDa蛋白的表达量、碳同化关键酶Rubisco酶量及酶活，及其编码上述蛋白大亚基的基因（psbA、psaA和psaB、rbcL）表达量的变化；3.从活性氧代谢调控角度，测定逆境下两藻活性氧（O2-, H2O2）的含量及其淬灭酶系统（SOD，APX，CAT，MDAR，DHAR，GR，GPX）的酶活变化。通过上述研究，以期从光合作用和活性氧代谢调控角度综合阐明异枝卡帕藻的特殊抗逆机制，为卡帕藻的健康养殖提供理论指导。

研究背景.卡帕藻是国际上生产κ-卡拉胶的主要原料，ice-ice病害频发是限制卡帕藻产业发展的主要因素之一。在前期的养殖实验中我们发现，异枝卡帕藻可在潮间带健康生长，长心卡帕藻则病害频发。本项目在研究逆境刺激下异枝卡帕藻和长心卡帕藻叶绿素荧光以及荧光动力学参数影响基础上，通过比较两者荧光及荧光动力学参数的变化，分析了电子传递和光合机构的详细状态。然后进一步结合逆境刺激下异枝卡帕藻和长心卡帕藻活性氧清除酶系统的变化，阐释了异枝卡帕藻不同于长心卡帕藻的逆境适应机制。.研究内容.1）对比研究了逆境刺激下异枝卡帕藻和长心卡帕藻叶绿素荧光曲线以及荧光动力学参数的变化，比较了FV/Fm、NPQ、ΦPSII、φEo、ψ0、ET0/RC、 DI0/CS、 VK、VJ、 ABS/CS、ABS/RC、 RC/CS、TR0/CS、ET0/CS、 ABS/RC、TR0/RC、ET0/RC等参数的变化，分析了逆境刺激对异枝卡帕藻和长心卡帕藻光合电子传递和光合机构详细状态影响的异同。.2）项目利用酶动力学和化学显色反应原理，测定了逆境刺激下异枝卡帕藻和长心卡帕藻体内，活性氧相关的关键产物（H2O2）和酶活(SOD, APX，CAT，MDA，HFRSC，GSH，GPX）的变化，比较了逆境刺激对异枝卡帕藻和长心卡帕藻活性氧调控影响的异同。.研究结果：.从光合作用角度，面对脱复水逆境，长心卡帕藻比异枝卡帕藻增加了更多的单位面积光能吸收，产生了更多的过剩光能，但却未能实现非光化学猝灭的大幅提升，然而异枝卡帕藻采取了主动降低能量吸收的方式，降低了因能量过剩而造成的光损伤，并且以更高的非光化学猝灭及时消耗了过剩光能，降低了因能量过剩而造成的光损伤。从活性氧角度，面对高温逆境，长心卡帕藻较之异枝卡帕藻更早的出现了SOD、APX活性氧清除酶酶活的降低，导致了活性氧的增加，进而同时出现了光合反应中心数目、光合效率（φPo, ψo和 φEo）、反应中心的效率（RC/ABS）、天线的光能吸收效率（φPo/(1-φPo)）和电子受体接受效率（ψo/(1-ψo)）的显著下降。综上，项目从光合和活性氧角度阐释了异枝卡帕藻优异于长心卡帕藻的特殊抗逆能力，为卡帕藻ice-ice病害防治提供了新的视角。

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