学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

南极衣藻Chlamydomonas sp. L4叶绿体生理生化特性及其低温适应性的研究

作　者: 王斌
导　师: 缪锦来
学　校: 国家海洋局第一海洋研究所
专　业: 海洋生物学
关键词: 南极冰藻衣藻L4 形态学超微结构叶绿体类囊体膜低温胁迫生理生化功能
分类号: Q945
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 189次
引　用: 1次
阅　读: 论文下载

内容摘要

南极是地球上最冷的地区之一,低温是其最基本的特征。海冰是极地物理环境的重要组成部分。南极冰藻就是指生活在南极海冰、海冰边缘或海水中的一大类微藻。海冰中间存在大量网状的盐囊和盐通道,其中海水的盐度可以达到普通海水的3倍,甚至5倍。并且冰藻生活的冰层是一个低光照、寡营养和少气体交换的场所。每年南极的春夏季,海冰的融化时冰藻周围的环境发生巨大的变化,在日积月累海冰的冻溶变化中,冰藻逐渐形成了适应这种变化的生理生化机制。正是冰藻这种特殊的生理特征,使其成为研究低温生物学的良好试验材料;此外,冰藻也是新型活性物质的潜在来源。为了更加合理的开发南极的低温藻类资源,从应用上丰富我国现有的微生物资源,从中开发出有价值的生物活性物质和产品,本文主要以南极衣藻Chlamydomonas sp. L4(南极衣藻L4)为材料,进行叶绿体生理生化特性及其低温环境适应性的研究,以期为南极冰藻抗逆机理的研究和应用开发提供科学依据。对所取得的主要结果概括于下。1利用光学显微镜、扫描和透射电镜对正常培养南极衣藻L4和低温胁迫下的形态和超微结构进行研究。结果表明,南极衣藻L4的主要特点为:细胞壁较厚,无鞭毛端存在着明显的质壁分离现象,细胞内贮存有大量的淀粉颗粒,细胞壁和细胞膜之间充满大量的黑色颗粒物质。南极衣藻L4的叶绿体并不是简单“杯状”,而是以类囊体片层的形式分布在除细胞核区域的整个细胞中,细胞器之间以及淀粉颗粒之间都是类囊体片层结构。海水成冰胁迫后线粒体结构基本没有变化,能够使南极衣藻L4在低温下正常的能量供应,保证其正常代谢。而类囊体片层模糊,扭曲,膨大。采用蔗糖梯度法分离制备的南极衣藻L4叶绿体纯度和得率都很高。2以正常培养的南极衣藻L4作为对照,通过比较低温胁迫过程中类囊体膜色素、类脂、脂肪酸和色素蛋白复合物的变化情况,分析这些成分对南极衣藻L4低温海水成冰环境适应性的作用:(1)富含叶绿素b的集光色素蛋白复合体(LHC)对于南极衣藻L4产生低温适应性发挥着重要作用;叶黄素通过参与低温下植物光合机构中过剩光能的耗散,并且增强膜流动性也对南极衣藻L4低温适应性有着很好的效果。(2)MGDG能够在低温弱光的环境下维持类囊体膜特殊结构的稳定;十八碳-9,12,15-三烯酸不仅维持类囊体膜的流动性,还可以促进重新合成的D1蛋白装配到PSⅡ反应中心的速率;反式十六碳-3-烯酸能够降低“高熔点”PG的含量,促进LHCⅡ解聚。(3)完整PSⅠ复合物、ATP合成酶、细胞色素b6f复合物和RuBP羧化酶在低温环境中能够保持稳定;LHCⅡ在PSⅡ蛋白复合物上结合的紧密程度会影响南极衣藻L4对于低温弱光环境的适应性;LHCⅡ结构的变化即LHCⅡ寡聚体解聚,是低温适应性的重要保障。3通过研究低温胁迫对南极衣藻L4类囊体膜流动性、损伤性和功能的影响,发现:南极衣藻L4通过膜成分的改变来维持其类囊体膜的流动性,以适应低温海水结冰的环境;总体上胁迫期间类囊体膜受到的伤害不大,脂氧合酶活性上升幅度很小,并且很快出现活性下降的趋势,说明南极衣藻L4体内有充分的应激机制,来抵御低温海水成冰胁迫对不饱和脂肪酸的氧化作用,SOD酶是保持类囊体膜不受伤害的关键酶;南极衣藻L4类囊体膜希尔反应活性测定结果表明,净光合速率在胁迫过程中先下降再上升;在海冰环境中,南极衣藻L4类囊体膜H+-ATPase的活性明显增强,从而保障有效的光合磷酸化反应。对南极衣藻L4进行低温胁迫,从藻体形态结构、类囊体膜生化成分和生理功能等方面分析了南极衣藻L4对低温环境适应性的机理。

全文目录

摘要  8-10
Abstract  10-13
1 前言  13-34
  1.1 海冰中的生物——南极冰藻  13-15
    1.1.1 南极冰藻生存的极端环境  13-14
    1.1.2 南极冰藻的环境适应性  14-15
  1.2 植物叶绿体的结构和增殖方式  15-18
    1.2.1 植物叶绿体结构  15-17
    1.2.2 光合作用的组分  17-18
    1.2.3 叶绿体的半自主性和增殖方式  18
  1.3 类囊体膜的特异性  18-24
    1.3.1 类囊体膜脂组成的特殊性  19
    1.3.2 类囊体膜结构的特异性  19-23
    1.3.3 类囊体膜脂与类囊体膜蛋白的相互作用  23-24
  1.4 抗寒植物叶绿体与低温适应的关系  24-27
    1.4.1 减轻或避免膜脂相变的发生  25-26
    1.4.2 溶质的积累  26
    1.4.3 活性氧和氧自由基的清除  26
    1.4.4 低温诱导蛋白质的产生  26-27
    1.4.5 逆境应答激素  27
  1.5 低温胁迫对类囊体膜影响的研究进展  27-33
    1.5.1 低温胁迫下叶绿体超微结构的变化  27-28
    1.5.2 低温胁迫对类囊体膜成分的影响  28-30
    1.5.3 低温胁迫类囊体膜相关的分子生物学领域的研究进展  30-33
  1.6 开展本研究的重要意义  33-34
2 南极衣藻L4 细胞形态观察及其叶绿体的提取和类囊体膜的制备  34-47
  2.1 材料和方法  34-39
    2.1.1 材料  34-35
    2.1.2 试剂和仪器  35
    2.1.3 培养基  35-36
    2.1.4 培养条件  36
    2.1.5 藻体收集及形态观察  36-37
    2.1.6 藻体细胞破碎  37
    2.1.7 两种叶绿体提取方法  37-38
    2.1.8 叶绿体观察与保存  38
    2.1.9 类囊体膜制备  38-39
  2.2 结果与分析  39-43
    2.2.1 南极衣藻L4 藻体形态与结构  39-42
    2.2.2 南极衣藻L4 藻体破碎情况  42
    2.2.3 两种方法的提取效果  42-43
  2.3 讨论  43-46
    2.3.1 低温胁迫南极衣藻L4 形态结构的变化与低温适应性  43-44
    2.3.2 三种破碎方法比较  44-45
    2.3.3 两种分离方法的比较  45-46
  2.4 结语  46-47
3 低温胁迫对南极衣藻L4 类囊体膜生化组成的影响  47-67
  3.1 材料和方法  47-52
    3.1.1 材料  47-48
    3.1.2 试剂和仪器  48
    3.1.3 实验方法  48-52
  3.2 结果  52-59
    3.2.1 低温胁迫过程中南极衣藻L4 叶绿素的变化  52-53
    3.2.2 低温胁迫对南极衣藻L4 类囊体膜色素的影响  53-55
    3.2.3 南极衣藻L4 类囊体膜半乳糖脂的测定结果  55-57
    3.2.4 南极衣藻L4 类囊体膜脂肪酸的测定结果  57-59
    3.2.5 南极衣藻L4 类囊体膜蛋白温和胶电泳结果  59
  3.3 分析与讨论  59-65
    3.3.1 南极衣藻L4 类囊体膜色素含量的变化及其低温环境适应性  59-61
    3.3.2 南极衣藻L4 类囊体膜半乳糖脂含量的变化及其低温环境适应性..  61-62
    3.3.3 南极衣藻L4 类囊体膜脂肪酸含量的变化及其低温环境适应性  62-63
    3.3.4 南极衣藻L4 类囊体膜色素蛋白复合物的变化及其低温环境适应性  63-65
  3.4 结语  65-67
4 低温胁迫对南极衣藻L4 类囊体膜生理功能的影响  67-82
  4.1 材料和方法  67-71
    4.1.1 材料  67-68
    4.1.2 试剂和仪器  68
    4.1.3 类囊体膜脂流动性分析  68
    4.1.4 丙二醛含量及几种相关酶活性的测定  68-70
    4.1.5 希尔反应测定  70-71
    4.1.6 H+-ATPase 活力测定  71
  4.2 结果  71-76
    4.2.1 南极衣藻L4 类囊体膜脂流动性的测定结果  71-72
    4.2.2 南极衣藻L4 丙二醛含量及几种相关酶活性测定结果  72-75
    4.2.3 南极衣藻L4 类囊体膜希尔反应活性测定结果  75
    4.2.4 南极衣藻L4 类囊体膜H~+-ATPase 活性测定结果  75-76
  4.3 分析与讨论  76-80
    4.3.1 低温胁迫对南极衣藻L4 类囊体膜流动性的影响  76-77
    4.3.2 低温胁迫对南极衣藻L4 丙二醛含量及几种相关酶活性的影响  77-78
    4.3.3 低温胁迫对南极衣藻L4 类囊体膜希尔反应活性的影响  78-79
    4.3.4 低温胁迫对南极衣藻L4 类囊体膜H~+-ATPase 活性的影响  79-80
  4.4 结语  80-82
5 结论  82-85
  5.1 南极衣藻L4 细胞形态观察及其叶绿体和类囊体膜的制备  82
  5.2 低温胁迫对南极衣藻L4 类囊体膜生化组成的影响  82-83
  5.3 低温胁迫对南极衣藻L4 类囊体膜生理功能的影响  83-85
参考文献  85-92
致谢  92-93
硕士期间发表论文  93

南极衣藻Chlamydomonas sp. L4叶绿体生理生化特性及其低温适应性的研究

内容摘要

全文目录

相似论文