北极微藻在不同uv-b辐射强度下的生物学效应变化研究

------------------------------------------------------------------------------------------------北极微藻在不同UV-B辐射强度下的生物学效应变化研究华中农业大学硕士学位论文姓名：彭小伟申请学位级别：硕士专业：遗传学指导教师：柳俊;何剑锋20090601华中农业大学２００９届硕士学位论文摘要北极微藻是北极水生生态系统中初级生产力的重要承担者之一，在北极水生生态系统中具有重要的生态地位。本研究以２００６年夏季从北极黄河站采集的微藻（小球藻和脆杆藻）株材料，通过研究其对ＵＶ－Ｂ响应，探讨ＵＶ－Ｂ辐射强度对北极微藻的影响机制以及北极微藻对Ｕｖ－Ｂ辐射的适应机制，以期为北极微藻的深入研究和开发应用提供科学依据。主要研究结果如下：．１．研究设计了ＵＶ－Ｂ辐射强度为２２１ａｗ／ｃｍ２、４５１．ｔｗ／ｃｍ２、７０Ｉ－ｔｗ／ｃｍ２３个处理，以不含ＵＶ－Ｂ光谱的白炽灯（Ｏ）为对照，比较分析了不同ＵＶ－Ｂ辐射强度对小球藻（淡水藻）生长的影响。比生长速率测定显示，各处理组比生长速率分别由紫外培养初的Ｏ．２４ｄ’１降低到１２ｈ后的Ｏ．１７—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------北极微藻在不同UV-B辐射强度下的生物学效应变化研究华中农业大学硕士学位论文姓名：彭小伟申请学位级别：硕士专业：遗传学指导教师：柳俊;何剑锋20090601华中农业大学２００９届硕士学位论文摘要北极微藻是北极水生生态系统中初级生产力的重要承担者之一，在北极水生生态系统中具有重要的生态地位。本研究以２００６年夏季从北极黄河站采集的微藻（小球藻和脆杆藻）株材料，通过研究其对ＵＶ－Ｂ响应，探讨ＵＶ－Ｂ辐射强度对北极微藻的影响机制以及北极微藻对Ｕｖ－Ｂ辐射的适应机制，以期为北极微藻的深入研究和开发应用提供科学依据。主要研究结果如下：．１．研究设计了ＵＶ－Ｂ辐射强度为２２１ａｗ／ｃｍ２、４５１．ｔｗ／ｃｍ２、７０Ｉ－ｔｗ／ｃｍ２３个处理，以不含ＵＶ－Ｂ光谱的白炽灯（Ｏ）为对照，比较分析了不同ＵＶ－Ｂ辐射强度对小球藻（淡水藻）生长的影响。比生长速率测定显示，各处理组比生长速率分别由紫外培养初的Ｏ．２４ｄ’１降低到１２ｈ后的Ｏ．１７—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------严重。２．小球藻的形态和超微结构研究。透射电子显微镜观察结果显示，高强度（９５／．ｔｗ／ｃｍ２）的紫外线辐射对小球藻叶绿体、高尔基体、线粒体等破环严重，说明ＵＶ．Ｂ会对细胞器膜结构造成严重伤害。ｄ～、Ｏ．１１ｄ一、０．０８ｄ～，表明实验涉及的３个ＵＶ－Ｂ辐射强度对小球藻的生长均有明显抑制，且随着紫外线辐射强度增强生长抑制也越３．设计了ＵＶ－Ｂ辐射强度为２２ｐ．ｗ／ｃｍ２、４５１ｘｗ／ｃｍ２、７０ｐ．ｗ／ｃｍ２３个处理，以不含ＵＶ－Ｂ光谱的白炽灯（０）为对照，比较分析了不同Ｕｖ－Ｂ辐射强度对小球藻叶绿素ａ、类胡萝卜素和丙二醛等含量及超氧化物歧化酶活性的影响。结果显示：与对照组相比，ＵＶ－Ｂ处理以后，小球藻叶绿素ａ和类胡萝卜素含量分别下降了１２％，２２％，３１％和８．６７％，４４．６７％，７１．６７％；丙二醛含量分别增加了４．１０、９．９３、２９．４３ｎｍｏｌ／ｇ（ＦＷ）。而超氧化物歧化酶活性除了２２１．ｔｗ／ｃｍ２处理组与对照基本一致外，４５ｐ，ｗ／ｃｍ２和７０“ｗ／ｃｍ２处理组比对照的超氧化物歧化酶活性分别提高了２１．３％和７４．６％。４．探讨了ＵＶ－Ｂ照射对微藻的生物学效应。７６Ｉ－ｔｗ／ｃｍ２的Ｕｖ．Ｂ对小球藻细胞１２ｄ持续辐射结果显示，小球藻超氧化物歧化酶和过氧化氢酶活性及活性氧成分、丙二醛含量均在培养—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------的４ｄ达到最大，而对照组指标则基本不变或变化不大；小球藻脂肪酸含量上升，为对照的１２４％；小球藻细胞内的可溶性蛋白含量有所下降，只相当于对照的８０％。４５１上ｗ／ｃｍ２和７６１ａｗ／ｃｍ２的ＵＶ－Ｂ辐射强度１２ｈ处理小球藻结果显示：４５１ａｗ／ｃｍ２ＵＶ．Ｂ处理小球藻，其叶绿素ａ和类胡萝卜素含量在４小时后达最高值，分别为１２．８×１０—２ｒａｇ／ｃｅｌｌ和４．５×１０＂１２ｍｇ／ｃｅｌｌ，此后其含量下降。７６１，ｔｗ／ｃｍ２的ＵＶ－Ｂ处理，其色素含量呈显著下降趋势。小球藻的丙二醛含量和超氧阴离子自由基含量在两个ＵＶ．Ｂ强度处理下显著升高，且辐射强度越强，含量升高越显著。两Ｕｖ．Ｂ强度处理下，辐射组Ｈ２０２含量呈显著升高，８．１２小时之间的过氧化氢（Ｈ２０２）含量升幅异常显著，其检测值在１２小时达最高点，对照组则变化不大。４５ｐｗ／ｃｍ２和７６１．ｔｗ／ｃｍ２的ＵＶ－Ｂ辐射对脆杆藻的短期生长亦具显著影响。脆杆藻表北极微藻在不同ＵＶ－Ｂ辐射强度下的生物学效应变化研究现了与小球藻类似的生理生化反应。辐射１２ｈ后，小球藻脂肪酸组成发生了显著的改变，小球藻总多不饱和脂肪酸含量降低，总饱和脂肪酸含量增加。在辐射后，小球藻增加了Ｃ１６：０和Ｃ１８：３两种脂肪酸。综上所述，施加一定辐射强度的ＵＶ－Ｂ后，北极微藻在形态结构、生化组成及生长特征上发生了变化，这也在某种程度上反映了其对北极ＵＶ－Ｂ强辐射极端环境的适应性。关键词：ＵＶ．Ｂ辐射；北极；小球藻；脆杆藻；生理生化反应Ｕ—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------华中农业大学２００９届硕士学位论文ＡｂｓｔｒａｃｔＭｉｃｒｏａｌｇａｅｐｌａｙｓａｌｌｉｍｐｏｒｔａｎｔｒｏｌｅａｓａｐｒｉｍａｒｙｐｒｏｄｕｃｅｒｉｎＡｒｃｔｉｃｈｙｄｒｏｌｏｇｙｓｙｓｔｅｍ．Ｔｗｏｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅａｌｇａｅｓｐｅｃｉｅｓｗｅｒｅｃｏｌｌｅｃｔｅｄｉｎｓｕｍｍｅｒｏｆ２００６ｆｒｏｍＹｅｌｌｏｗＲｉｖｅｒＳｔａｔｉｏｎｌｏｃａｔｉｎｇｉｎｔｈｅｆｏｌｌｏｗ．１．ＥｆｆｅｃｔｓｏｆＵＶ－ＢｏｎＡｒｃｔｉｃａｎｄｅｍｐｌｏｙｅｄｉｎｐｒｅｓｅｎｔｒｅｓｅａｒｃｈ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓａｒｅ—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ａｓｔｈｅｇｒｏｗｔｈｏｆＣｈｌｏｒｅｌｌａｓｐ．ＷａｓｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｕｎｄｅｒＯ（ＣＫ），ｉｎｈｉｂｉｔｅｄｇｒｏｗｔｈｏｆ２２１ａｗ／ｃｍ２，４５Ｉ．ｔｗ／ｃｍｚａｎｄ７０Ｉ－ｔｗ／ｃｍｚＵＶ－Ｂｉｎｔｅｎｓｉｔｉｅｓ．ＵＶ－ＢＣｈｌｏｒｅｌｌａｓｐ．ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ，ｔｈｅｈｉｇｈｅｒｉｎｔｅｎｓｉｔｙｏｆＵＶ－Ｂａｐｐｌｉｅｄｔｈｅｓｔｏｎｇｅｒｉｎｈｉｂｉｔｉｏｎｏｆａｌｇａｅｇｒｏｗｔｈ．２．１１１ｅｕｌｔｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＣｈｌｏｒｅｌｌａｓｐ．ＷａｓｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｂｙＴＥＭ．Ｃｈｌｏｒｏｐｌａｓｔ，Ｇｏｌｇｉ，ｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａｏｆＣｈｌｏｒｅｌｌａｓｐ．ｗｅｒｅｄａｍａｇｅｄｓｅｒｉｏｕｓｌｙｕｎｄｅｒ９５ｒｔｗ／ｃｍ２ＵＶ?Ｂｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ．３．ＧｒｏｗｔｈｏｆＣｈｌｏｒｅｌｌａｓｐ．Ｗａｓｍｏｎｉｔｏｒｅｄｕｎｄｅｒ０（ＣＫ），２２ｐｗ／ｃｍ２，４５Ｉ＿ｔｗ／ｃｍ２—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ａｎｄ７０Ｉ．ｔｗ／ｃｍ２Ｕｖ－Ｂ．１１１ｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔ，ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌ，ｗｉｔｈｉｎｃｒｅａｓｅｉｎＵＶ－Ｂｉｎｔｅｎｓｉｔｙｃｏｎｔｅｎｔｃｏｎｔｅｎｔｏｆｃｈｌｏｒｏｐｈｙｌｌｏｆａ（Ｃｈｌａ）ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｓｉｖｅｌｙｄｅｃｒｅａｓｅｄｂｙ１２％，２２％ａｎｄ３１％，ａｎｄｃａｒｏｔｅｎｏｉｄ（Ｃａｒ）ｄｅｃｌｉｎｅｄｂｙ８．６７％，４４．６７％ａｎｄ７１．６７％，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．ＩｎＵＶ—Ｂｃｏｎｔｒａｓｔ，ＭＤＡｉｎｃｒｅａｓｅｄｏｆ４５Ｉ．ｔｗ／ｃｍｚｂｙ４．１Ｏ，９．９３ａｎｄ２９．４３ｎｍｏｌ／ｇ（ＦＷ）．Ｕｎｄｅｒａｃｔｉｖｉｔｙｉｎｔｅｎｓｉｔｙａｎｄ７０１ｘｗ／ｃｍｚ，ｓｕｐｅｒｏｘｉｄｅ（ＳＯＤ）ｄｉｓｍｕｔａｓｅ—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ｉｎｃｒｅａｓｅｄｂｙ２１－３％ａｎｄ７４．６％，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．ｏｎ４．ＢｉｏｌｏｇｙｅｆｆｅｃｔｓｏｆＵＶ－Ｂｒａｄｉａｔｉｏｎｍｉｃｒｏａｌｇａｅｗｅｒｅｆｕｒｔｈｅｒｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｔｒｅａｔｅｄｗｉｔｈ７６ｐｗ／ｃｍ２ＵＶ－Ｂｆｏｒ１２ｄ，ＳＯＤ，Ｃａｔａｌａｓｅ（ＣＡＴ）ａｎｄａｃｔｉｖｅｏｘｙｇｅｎｉｎｇｒｅｄｉｅｎｔｏｆＣｈｌｏｒｅｌｌａｓｐ．ｃｅｌｌｓｉｎｃｒｅａｓｅｄｗｉｔｈａｐｅａｋｏｎ４ｄｗｈｉｌｅｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｍａｉｎｔａｉｎｄｎｅａｒｌｙｃｏｎｓｔａｎｔ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｃｏｎｔｅｎｔｐｒｏｔｅｉｎｄｒｏｐｅｄｔｏ８０％ｏｆｔｈｅｏｆＣｈｌｏｒｅｌｌａｓｐ．ｆａｔａｃｉｄｒａｉｓｅｄｂｙ１２４％ａｎｄｗｉｔｈｔｈｅｓｏｌｕｂｌｅｃｏｎｔｒ０１．Ｔｒｅａｔｅｄ—————————————————————————————————————— 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------------------------------------------------------------------------------------------------ＣａｒＣａｒｏｔｅｎｏｉｄｓ类胡萝卜素ＣＡＴＣａｔａｌａｓｅ过氧化氢酶ＣＨＬＣｈｌｏｒｏｐｌａｓｔ叶绿体Ｃｈｌａ／ｂＣｈｌｏｒｏｐｈｙｌｌａ／ｂ叶绿素ａ／ｂＣｈｌｏｒｅｌｌａｓｐ．Ｃｈｌｏｒｅｌｌａｓｐｅｃｉｅｓ小球藻属ＧＧｏｌｇｉ高尔基体Ｈ２０２ＨｙｄｒｏｇｅｎＰｅｒｏｘｉｄｅ过氧化氢ⅣＬ４ＡｓＭｙｃｏｓｐｏｒｉｎｅ－ｌｉｋｅａｍｉｎｏａｃｉｄｓ三苯甲咪唑基氨基酸ＭＤＡＭａｌｏｎｄｉａｌｄｅｈｙｄｅ丙二醛ＭＭｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａ线粒体ＮＮｕｃｌｅｕｓ细胞核０２’。Ｓｕｐｅｒｏｘｉｄｅａｎｉｏｎｒａｄｉｃａｌ超氧阴离子自由基ＰＹＰｙｒｅｎｏｉｄｏｓａ蛋白核ＳＳｔａｒｃｈｇｒａｉｎｓ淀粉粒ＳＯＤＳｕｐｅｒｏｘｉｄｅｄｉｓｍｕｔａｓｃ超氧化物歧化酶ＵＶ．ＢＵＩｔｒａｖｉｏｌｅｔＢ紫外线ＢＦＷＦｒｅｓｈｗｅｉｇｈｔ鲜重Ｖ华中农业大学学位论文独创性声明及使用授权书学位论文是否保密不、２７如需保密，解密时间年月日独创性声明—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果．尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华中农业大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料，指－，９教师对此进行了审定．与我一同Ｔ作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明，并表示了谢意．研究生鲐彭’７、／ｊ节帆护７年６月，罗日㈨黼张扣、印锄‰／靡）签名日期秽口哆年乡月９日签名日期：阳勺夕年占月。【夕日注：请将本表直接装订在学位论文的扉页和目录之间华中农业大学２００９届硕．Ｉｊ学位论文１前言１．１问题提出由于臭氧减少导致到达地表的ＵＶ．Ｂ显著增加（Ｍａｄｒｏｎｉｃｈｅｔａｌ，１９９８），这引起人们以极大的努力去了解目前紫外线－Ｂ（ＵＶ．Ｂ）的作用，以及预测ＵＶ．Ｂ的增强对海洋主要生产力的影响。已有研究表明，海洋藻类在ＵＶ－Ｂ辐射增强后产生了明显的生理变化以适应环境的变化：酶活改变，色素组成有所改变，产生新的具有抗紫外辐射的活性物质等。但是对于极地藻类，由于其生活环境的特异，它们的反应被认为是特殊种类的反应（Ｋａｒｅｎｔｚｅｔａｌ，１９９１），不能进行简单类推。—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------由于臭氧层的变薄，极地的ＵＶ．Ｂ水平高于温带、热带和亚热带纬度的。而极地臭氧层变化则更为敏感，对极地的生态系统也将产生不可推测的影响。用极地分纯的微藻，检测其对不同强度Ｕｖ．Ｂ辐射的反应，将为深入利了解极地微型生物对ＵＶ．Ｂ辐射的敏感程度，以及目前Ｕｖ．Ｂ辐射下的极区水生态系统构建基础。独特的生活环境，可能使北极微藻形成了许多普通微生物所没有的奇特特性，研究极端微生物不仅对生命的极限、微生物的进化与分类等很有理论价值，而且对环境污染、环境改造、开辟微生物新功能等应用研究，具有重要意义。目前，国内北极微藻的研究工作还少见报道。开展北极微藻的实验室内培养研究，这不仅可为基础研究提供新型的研究材料，而且还可以丰富我国现有的微生物资源，以应用于人类的保健和疾病的治疗。１．２国内外研究进展１．２．１大气臭氧层空洞和紫外辐射大气中的臭氧分布于１０．５０ｋｍ大气层内，中心约在２５ｋｍ的高空。臭氧层的平均厚度大约为０．３ｃｍ。臭氧层在平流层中上层的大气中起了热源汇集的效应，阻断了太阳光谱中３９０ＩｌＩｌｌ以下的紫外辐射。所以，尽管臭氧在大气中的含量很少，但它对人类和生物的影响非常重要。若大气层中臭氧成分含量过低，太阳紫外辐射就会过量到达地面。自从１９８５年在南极发现臭氧层空洞以来，大气平流层臭氧层破坏已经成为人们最为关心的全球问题之一（Ａｎｄｅｒｓｏｎ，１９９１）。破毁臭氧层的主要原因是氟氯烃化合物和哈龙等卤族化合物的大量使用（ＭｏｉｎａａｎｄＲｏｗｌａｎｄ，１９７４：ＷＭＯ，２００３）。北极微藻ｎ；不同ＵＶ－Ｂ辐射强度下的生物学效应变化研究—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------近年来，这些物质对臭氧层的破坏速度大大加快，在南极和北极上空形成了臭氧层空洞（Ｒｅｘｅｔａｌ，２００３）。由于臭氧层的严重破坏，人们非常重视紫外线辐射（ＵＶＲ，２００．４００ｎｍ）对生态系统可能造成的影响，以中间波长２８０．３２０ｎｍ的紫外线ＵＶ．Ｂ辐射最为引人关注（ＢｉｓｃｈｏｆａｎｄＨａｎｅｌｔ，２００４）。ＵＶ．Ｂ的增强，会对生态系统带来多方面的影响，如群落结构的改变，食物链的改变等（Ｒｏｚｅｍａ，２００５）。１．２．２ＵＶ－Ｂ增强对藻类的影响ＵＶ．Ｂ辐射增强对藻类细胞形态和生长效应的影响１．２．２．１—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------紫外线辐射可导致细胞死亡，致死率随辐射时间的延长而加大，且一定剂量的ＵＶ－Ｂ辐射会对细胞内部结构造成损伤（Ｙｕｅｔａｌ，２００５：李国才和宋立荣，２００２；蒋霞敏等，２００３；耿予欢等，２００６）。耿予欢等（２００６）研究发现：经７０９ｗ／ｃｍ２ＵＶ－Ｂ不同时间照射后，继续培养３ｄ和６ｄ，发现雪藻（Ｃｈｌａｍｙｄｏｍｏｎａｓｎｉｖａｌｉｓ）致死率随着辐射时间的延长上升明显，紫外照射８ｈ后到雪藻细胞致死率分别达到７３．８％和８０．７％。Ｙｕ等（２００５）以２．８８ＫＪ／ｍ２和５．７６ＩＯ／ｍ２的ＵＶ＿Ｂ处理小球藻细胞后，发现细胞结构有较大的损伤，如类囊体结构溶解、液泡色素被漂白、细胞还出现了质壁分离等。蒋霞敏等（２００３）也观察到经３０Ｗ紫外灯３０ｃｍ处紫外线照射５ｍｉｎ后的雨生红球藻细胞超微结构出现了受损情况。Ｖａｎ和Ｈｅｓｓｅｎ（１９９５）报道，ＵＶ－Ｂ辐射会损伤藻类鞭毛，削弱其辨向本能，影响其对环境的敏感性。Ｌｅｓｓｅｒ（１９９６ａ）推测紫外辐射可导致海洋初级产生力下降。蔡恒江等（２００５）对赤潮异弯藻采取不同的辐射剂量进行照射，发现ＵＶ－Ｂ辐射处理对赤潮异弯藻的生长始终表现出抑制效应。众多研究还发现：海洋微藻的相对增长率随着辐射剂量的增强呈下降趋势，因此可把相对增长率作为指示ＵＶ－Ｂ作用的灵敏指标（齐雨藻，１９９７；于娟等，２００２；杨和福等，１９９８；刘泳等，２０００；蔡恒江等，２００５）。但也有研究发现，低剂量或短时间的ＵＶ－Ｂ辐射对藻类的生长还具有一定的促进作用（刘成圣等，２００２ａ：徐达等，２００３：蔡恒江等，２００５；许复夏等，２００６）。许复夏等（２００６）研究结果表明：低剂量（Ｏ．７２Ｊ／ｍ２）的ＵＶ－Ｂ辐射能够促进青岛大扁藻的生长。蔡恒江等（２００５）也发现低剂量的ＵＶ－Ｂ辐射处理对亚历山大藻（＜０．９Ｊ／ｍ２）和中肋骨条藻（＜１．２Ｊ／ｍ２）的生长有刺激作用（蔡恒江等，２００５）。刘成圣等（２００２ａ）以三角褐指藻为材料时，也观察到类似的现象。徐达等（２００３）指出胁迫因子在低浓度或低剂量下对海洋微藻生长的促进作用具有一定的普遍性，一些学者称这种现象为“刺激效应”（Ｓｔｅｂｂｉｎｇ，１９８２）。至于在多少辐射剂量和对哪些藻类具有刺激效应有待于作进一步研究。２华中农业大学２００９届硕士学位论文１．２．２．２ＵＶ．Ｂ辐射增强对藻类光合作用和呼吸作用的影响—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------Ｕｖ－Ｂ对藻类光合作用的影响较为显著。Ｂｉｓｃｈｏｆ等（２０００）研究了Ｏ．８Ｗ／ｍ２ＵＶ－Ｂ照射对４种藻光合作用的影响。结果发现，在２０ｐ，ｍｏｌ／ｍ２．ｓ光合有效辐照度条件下培养的藻类经ＵＶ－Ｂ照射后，所有的藻类光合产物合成量下降。Ａｇｕｉｌｅｒａ等（１９９９）研究０．３６Ｗ／ｍ２ＵＶ－Ｂ照射对１４种红、绿、褐藻光合作用的影响的实验中，也观察到ＵＶ－Ｂ照射后藻类光合产物合成量下降的现象。也有研究表明ＬｒＶ－Ｂ辐射使浮游植物光合作用下降，导致光合产物绝对量明显减少（Ｎｅａｌｅｅｔａｌ，２００１；Ｖｉｒｇｉｎｉａｅｔａｌ，２００４）。Ｈｅｌｂｌｉｎｇ（１９９２）研究发现，滤除紫外辐射，高光培养条件下的南极和热带自然藻群的光合速率增加２００％．３００％（Ｈｅｌｂｌｉｎｇｅｔａｌ，１９９２）。也有研究指出：大多数ＵＶ－Ｂ敏感型藻在ＵＶ－Ｂ辐射处理后光合放氧能力下降３０．１００％（ＸｉｏｎｇａｎｄＬｅｓｓｅｒ，１９９７）。ＵＶ．Ｂ对藻类呼吸作用的影响则没有定论。有人认为ＵＶ－Ｂ辐射不会对藻类的呼吸作用造成影响（ＨｅｒａｕｄａｎｄＢｅａｒｄａｌｌ，２００２）。也有研究发现，ＵＶ－Ｂ对藻类的呼吸作用也有一定的影响（Ａｇｕｉｌｅｒａｅｔａｌ，１９９９；Ｂｅａｒｄａｌｌｅｔａｌ，１９９７）。Ａｇｕｉｌｅｒａ等（１９９９）发现，０．３６Ｗ／ｍ２的Ｕｖ－Ｂ处理２ｈ，对褐藻（Ｄｅｓｍａｒｅｓｔｉａａｅｕｌｅａｔａ）和绿藻（Ｍｏｎｏｓｔｒｏｍａａｒｃｔｉｃｕｍ）的呼吸作用有一定的刺激作用。Ｂｅａｒｄａｌｌ等（１９９７）善以ＵＶ－Ｂ处理绿藻（＆ｃａｐｒｉｃｏｒｎｕｔｕｍ），也发现了相似的现象。所以，ＵＶ－Ｂ是否对．藻的呼吸作用产生影响及影响效应和其机理还有待进一步的研究。１．２．２．３ＵＶ．Ｂ辐射增强对藻类细胞内大分子物质的影响ＵＶ－Ｂ辐射增强对藻类细胞内大分子物质的影响有诸多报道。张培玉等（２００５）用３Ｈ．亮氨酸来标志蛋白质进行研究，发现高剂量Ｕｖ．Ｂ辐射（大于０．９Ｊ／ｍ２）下赤潮异弯藻（Ｈｅｔｅｒｏｓｉｇｍａａｋａｓｈｉｗｏ）、亚历山大藻（Ａｌｅｘａｎｄｒｉｕｍｔａｍａｒｅｎｓｅ）和中肋骨条藻（Ｓｋｅｌｅｔｏｎｅｍａｃｏｓｔａｔｕｍ）的蛋白质合成速率明显下降。缪锦来等（２００４）以７０ｌａＷ／ＣＩＴｌ２的ＵＶ－Ｂ处理４种南极冰藻，结果发现总蛋白含量显著减少。另有研究表明：ＵＶ－Ｂ辐射会对藻类光合系统中光系统ＩＩ（ＰＳＩＩ）的ＤＩ蛋白造成影响，ＵＶ－Ｂ辐射增强使ＤＩ蛋白活性下降甚至部分被光解，从而抑制其光合作用（陈善文和武宝轩，２０００；周林珠等，２００２）。Ｈａｄｅｒ等人（２００２）的研究也指出，光合作用的抑制主要取决于光合系统ＩＩ（ＰＳＩＩ）的ＤＩ蛋白的损伤和蛋白质水解程度。此外，ＵＶ－Ｂ辐射还会破坏藻类细胞中ＡＴＰ合成酶、ＡＴＰａｓｅ等酶蛋白活性（Ｒａｉｌ，１９９８）。—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------核酸的合成也会受到ＵＶ－Ｂ的影响。高剂量的ＵＶ－Ｂ辐射，赤潮异弯藻（Ｈｅｔｅｒｏｓｉｇｍａａｋａｓｈｉｗｏ）、亚历山大藻（Ａｌｅｘａｎｄｒｉｕｍｔａｍａｒｅｎｓｅ）和中肋骨条藻（Ｓｋｅｌｅｔｏｎｅｍａｃｏｓｔａｔｕｍ）的ＤＮＡ（大于１．２５Ｊ／ｍ２）和ＲＮＡ（大于Ｏ．９Ｊ／ｍ２）合成明显受到抑制（张培玉等，２００５）。刘成圣等（２００２ｂ）的研究发现，三角褐指藻ＤＮＡ损伤程度与ＵＶ－Ｂ辐射剂量有关，呈现出一定的剂量．效应关系。陈善文和武宝轩（２０００）的研究指出ＤＮＡ是ＵＶ－Ｂ攻击的主要靶位，ＤＮＡ损伤程度的变化可作为北极微藻ｎ：不同ＵＶ．Ｂ辐射强度下的生物学效应变化研究指示ＵＶ－Ｂ辐射对藻类伤害的生物学指标。由于核酸是细胞遗传的物质基础，核酸受损使复制和转录产生差错，从而引起突变。ＵＶ－Ｂ也会对藻类多糖含量造成影响。缪锦来等（２００２）发现，经７０ｐＷ／ｃｍ２的ＵＶ．Ｂ长时间辐射后，５种南极冰藻多糖代谢产物出现显著增加。黎峥等（２００３）也发现，以不同强度的ＵＶ－Ｂ对微绿球藻（Ｎａｎｏｃｈｌｏｒｏｐｓｉｓｓｐ．）进行照射，在Ｏ．９－４．０１ａＷ／ｃｍ２的ＵＶ－Ｂ辐射强度范围内，多糖相对含量最高可达２００％。一定剂量或强度的Ｕｖ－Ｂ会使藻多糖含量增加，其机制仍在探讨之中。１．２．２．４ＵＶ．Ｂ辐射增强对藻类种群、群落和生态系统的影响—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ＵＶ－Ｂ对藻类种群、群落造成影响的基础是不同藻类对ＵＶ－Ｂ辐射的敏感性有差异。王悠等（２００２）用不同的ＵＶ－Ｂ辐射剂量照射微藻，实验发现：对于ＵＶ－Ｂ辐射，金藻要比绿藻、硅藻敏感性高对ＵＶ－Ｂ最敏感。于娟等（２００５）研究了ＵＶ－Ｂ短期辐射对金藻８７０１、小新月菱形藻和亚心形扁藻３种藻的影响，发现ＵＶ－Ｂ条件下，单养和混养情况下，最敏感的藻是金藻８７０１，小新月菱形藻次之，亚心形扁藻最不敏感；增强的ＵＶ－Ｂ下，亚心形扁藻竞争优势明显，使种间竞争平衡向着有利于亚心形扁藻的方向发展。蔡恒江等（２００５）研究了赤潮异弯藻（Ｈｅｔｅｒｏｓｉｇｍａａｋａｓｈｉｗｏ）、亚历山大藻（Ａｌｅｘａｎｄｒｉｕｍｔａｍａｒｅｎｓｅ）和中肋骨条藻（Ｓｋｅｌｅｔｏｎｅｍａｃｏｓｔａｔｕｍ）的生长对Ｕｖ－Ｂ辐射增强的响应，结果表明，ＵＶ－Ｂ辐射处理对赤潮异弯藻的生长始终表现出显著的抑制效应，较低剂量的ＵＶ－Ｂ辐射处理对亚历山大藻和中肋骨条藻的生长有刺激作用，较高剂量的ＵＶ－Ｂ辐射处理对亚历山大藻和中肋骨条藻的生长仍然显示出抑制作用。Ｓｗａｎｓｏｎ和Ｄｒｕｅｈｌ（２００２）研究了大型藻类垂直分布与紫外线辐射的关系，发现所调查的大型藻类孢子其萌芽率和存活率，均是生长在高紫外辐射环境中的成年藻类的孢子高于生长在低紫外辐射环境中的藻类，这说明，对紫外辐射的忍耐性会对藻类在岩相海洋的成带分布造成影响。Ｂｅｈｚａｄ等（１９９９）在网箱装置中用不同的紫外辐射剂量对天然浮游生物进行了为期７天的研究，结果表明，ＵＶ－Ｂ辐射剂量增强，会改变网箱内地食物网发生改变。Ｂｉｓｃｈｏｆ等（２００６）指出小型浮游生物群落比微型浮游生物群落更易受到紫外光的抑制，在ＵＶ－Ｂ辐射下耐受力强的藻种会成为优势种，敏感藻种则会减少，这会使群落结构和食物链发生改变。另有研究表明，增强ＵＶ－Ｂ辐射会使浮游植物丰度下降（ＶａｎａｎｄＨｅｓｓｅｎ，１９９６），ｘ１０１２ｔ加剧温室效应。据Ｒａｉｌ测算，浮游植物每减少１０％的产量，相当于增加了５化石燃料燃烧量（Ｒａｉｌ，１９９５）。但杨和福等（１９９８）指出，许多海洋藻类，具有合成二甲基硫的前身二甲基硫丙酸的功能，而ＵＶ－Ｂ可加快二甲基硫丙酸分解成二甲基硫和丙烯酸的分解速率，二甲基硫进入大气后会被氧化而形成云凝结核，增加太阳辐射的云反射率，降低地球表面温度。４华中农业大学２００９届硕士学位论文目前ＵＶ－Ｂ辐射变化对藻类影响的研究主要集中在短期效应上，其长期作用还有待加强。ＵＶ．Ｂ辐射对藻类伤害效应机制１．２．２．５—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ＵＶ－Ｂ辐射的增强对藻细胞的生长造成抑制，引起叶绿素的降解和光合速率和光合产物的下降，这可能是由于在ＬｒＶ－Ｂ辐射下藻细胞产生并积累大量活性氧所致（唐学玺等，１９９９；陈拓，１９９９；蒋霞敏等，２００３；王军等，２００６），如唐学玺等（１９９９）以三角褐指藻为材料，当以大于３０ｍＷ／ｍ２ＵＶ－Ｂ辐射对其进行处理时，藻细胞提取液物对肾上腺素的氧化能力逐渐增强，表明藻细胞内自由基含量明显增加。王军等（２００６）发现叉鞭金藻（Ｄｉｃｒａｔｅｒｉａｓｐ．）和三角褐指藻（Ｐｈａｅｏｄａｃｔｙｌｕｍｔｒｉｃｏｒｎｕｔｕｍｔｕｍ）随着ＵＶ－Ｂ辐射剂量的增大，细胞内Ｈ２０２含量上升，且其过氧化作用加强。活性氧的产生是因为细胞内有大量的能够吸收ＵＶ－Ｂ辐射的物质。如，藻细胞中蛋白质的某些氨基酸含有芳香环或杂环，ＤＮＡ分子中碱基都含有杂环：嘧啶环和嘌呤环。这些基团吸收ＵＶ－Ｂ后转变为具有很强氧化活性的激发态，它们将激发产生的高能电子传递给０２、ＯＨ’和Ｈ２０等基团或分子，产生破坏力很强的?０２、?ＯＨ。和Ｈ２０?等自由基。这些自由基具有很强的亲核能力，它们会攻击那些亲电子基团而引起细胞结构成分发生改变，从而破坏细胞。Ｒａｉｌ（１９９５）的研究表明，活性氧自由基会攻击叶绿体的类囊膜中的不饱和脂肪酸，引起不饱和脂肪酸发生超氧化，膜结构受到破坏并导致物质的泄漏，从而影响光合磷酸化、矿质营养吸收等生理作用。这也在某种程度上印证了Ｓｔａｐｌｅｔｏｎ（１９９２）关于植物ＵＶ－Ｂ效应的膜伤害假说。１．２．３藻类对ＵＶ－Ｂ增强的响应—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------３０亿年以前，地球上己存在生命，但到４．４．５亿年后才出现丰厚的臭氧层，因此推知，原始的生物种类应具有更强的适应ＵＶ－Ｂ的能力。研究表明，作为原始生物的藻类具有多种适应ＵＶ－Ｂ辐射的方式。ＵＶ－Ｂ敏感型藻随ＵＶ－Ｂ的增强向遮阴处聚集或向深处移动；ＵＶ－Ｂ辐射使可使某些藻体中的孢子花粉素（ｓｐｏｒｏｐｏｌｌｅｎｉｎ）、三苯甲咪唑氨基酸（ＭＡＡｓ）等Ｕｖ－Ｂ吸收物质增加（ＸｉｏｎｇａｎｄＬｅｓｓｅｒ，１９９７；Ｎｅａｐｌｅ，有许多海洋浮游植物还分泌ＭＡＡｓ到水体中（Ｙａｂｅ，１９９８）；ＷＢ辐射使得地木耳（Ｎｏｓｔｏｃ１９９８），如，赤潮甲藻（Ｇｙｍｎｏｄｉｎｉｕｍ）在高ＵＶ－Ｂ下大量积累ＭＡＡｓ（Ｎｅａｐｌｅ，１９９８）；ｃｏｍｍｕｎｅ）的类胡萝卜素增加，且产生三苯甲咪唑（Ｍｙｃｏｓｐｏｒｉｎｅ）、伪枝藻素（Ｓｃｙｔｏｎｅｍｉｎ）等释放到细胞外（Ｅｎｌｉｎｇ，１９９７）；聚球藻ＰＣＣ７９４２９在Ｕｖ．Ｂ辐射下合成抗ＵＶ－Ｂ的蛋白质（Ｃａｍｐｂｅｌｌ，１９９８）；生长旺盛的细胞对ＵＶ－Ｂ敏感，５北极微藻在不问ＵＶ－Ｂ辐射强度下的生物学效应变化研究培养在营养不足环境中的较营养正常型细胞对ＵＶ－Ｂ更敏感；修复系统缺失的细胞比野生型对ＵＶ－Ｂ更敏感（Ｗａｎｇ，１９９４）；阻断与ＤＮＡ修复有关的蛋白质合——————————————————————————————————————