南极冰藻生化组成及其与低温适应性关系的研究

对4种南极冰藻(2种单细胞绿藻——Pyramimonas sp．和绿藻L4，以及2种硅藻——硅藻Hl和H2)的蛋白质、脂肪、糖、无机元素含量和组成，灰分含量，以及氨基酸和脂肪酸的组成等的基本生化组成进行测定。结果表明，4种冰藻的蛋白质含量均高于常温藻，蛋白质含量以绿藻L4的含量最高，为45．18％；Pyramimonas sp．的蛋白质含量最低为27．70％。4种冰藻的脂肪含量均高于常温藻，为14．02％～l9．89％；总糖含量为4．7％～l6．3％，与常温藻含量接近。Mg的含量在冰藻和常温藻的无机元素中都为最高，为13600～l24000mg／kg，但4种冰藻的含量均低于2种常温藻；4种冰藻的灰分含量均低于常温藻，表明冰藻含有更高的有机成分。冰藻的氨基酸含量与常温藻的含量没有明显不同，但绿藻L4含有较高含量的羟脯氨酸，占总氨基酸含量的2．48％。4种冰藻的脂肪酸组成，主要以多不饱和脂肪酸为主。冰藻的基本生化组成在一定程度上反映了冰藻对生存环境的适应性，并且完全符合作为水产养殖饵料的营养要求。     

南极冰藻极端环境适应性的研究进展

南极冰藻对南极海冰生态系统初级生产力的直接贡献率超过20%,是地球上能够在海冰中旺盛生长的罕见的生物群落.单细胞的南极冰藻,在低温、低光照和高盐度的海冰盐囊中能够生存是其在生理、代谢和遗传上进行了复杂的适应性改变,通过产生特殊的冰活性物质、不饱和脂肪酸、色素蛋白复合物等来适应这种极端环境.同时,尽管南极臭氧层被破坏甚至出现巨大空洞,紫外线辐射显著增强,但对南极冰藻的影响并不明显.南极冰藻中的抗辐射活性物质可能起着重要作用,这些抗辐射物质往往结构新颖且活性强,能消除或减轻紫外线的伤害.     

南极绿藻中类菌胞素氨基酸对UV-B胁迫的响应

南极上空臭氧层的破坏导致了紫外辐射日益增强,高强度的UV-B辐射会造成细胞中DNA的损伤,影响蛋白质、脂类和色素的代谢过程。生长在南极的绿藻具有一系列防御机制以应对增强的UV-B辐射,其中类菌胞素氨基酸(Mycosporine-like amino acids, MAAs)是一类重要的紫外防御物质。为探究类菌胞素氨基酸对UV-B辐射的响应,本文以南极冰藻(Chlamydomonassp.ICE-L)、针丝藻(Raphidonema nivale Lagerheim, NIES-2290)和胶球藻(Coccomyxa subellipsoidea E.Acton, NIES-2166)三种生活在南极的绿藻为材料,采用UV-B辐射胁迫(强度0.35 W/m~2,短时处理3 h),并通过液相色谱-质谱联用法检测类菌胞素氨基酸的种类和含量的变化。Mycosporine-glycine为三种南极绿藻中共有的MAAs,在UV-B辐射胁迫下三种南极绿藻中Mycosporine-glycine含量变化不尽相同,表明不同的南极绿藻中MAAs对UV-B辐射的响应各有其特性。首次在绿藻(南极冰藻和胶球藻)中检测到Gadusol。Gadusol作为MAAs的合成前体,它的合成积累使得生活在海冰环境的南极冰藻和胶球藻具有良好的抗UV-B辐射能力。其中南极冰藻抗紫外能力最强,这可能得益于不同MAAs间的动态转化,含量升高的Palythine及Usujirene/Palythene可能对南极冰藻的紫外屏蔽起着至关重要的作用。     

环境因子对2种南极绿藻脂肪含量和脂肪酸组成的影响

通过气相色谱方法对南极冰藻的脂肪酸进行了分析,发现环境因素对2种绿藻总脂含量有一定的影响：(1)温度对Pymmixtomonas sp,总脂含量影响不大,一般为8．3％～8．9％,Chlorophyceae L-4在2℃时的总脂含量最高为10.33％;(2)光强显著地影响这2种绿藻脂肪在细胞内的积累。随着光强由限制生长的39 lx增加到3900 lx,2种绿藻的脂肪酸含量降低：(3)盐度的提高有利于2种绿藻脂肪的积累;(4)营养盐的限制也利于2种绿藻脂肪的积累。在氮源缺乏条件下,Pyramidomonas sp,和Chlorophyceae L-4细胞内脂肪大量积累,含量分别是以NH4Cl为氮源的2．2和3.2倍。环境因素对2种绿藻脂肪酸组成和含量的影响不同,其脂肪含量的改变反映了南极冰藻生长的改变。环境因子能够影响这2种绿藻的脂肪含量,同样也影响到它们的生长。在适合南极冰藻生长的条件下,脂肪酸积累降低;反之,在南极冰藻生长受到限制的条件下,脂肪合成增加。这表明2种绿藻的脂肪含量随生存环境的变化而变化。环境因子同样影响到2种绿藻的脂肪酸组成,尤其是不饱和脂肪酸的组成和含量,但组成和其生长不存在相关性。环境因子(温度、光强、盐度和营养盐)对2种绿藻脂肪酸的测定结果表明,在2种绿藻中,多不饱和脂肪酸的含量高于单不饱和脂肪酸和饱和脂肪酸。因此。这2种绿藻可望为多不饱和脂肪酸的开发利用提供藻种资源。     

甘氨酸镁对南极冰藻促生长作用研究

研究了甘氨酸镁对南极冰藻的促生长作用。甘氨酸镁已被美国和欧盟等发达国家大量用作新型无公害植物促生长剂和丰产剂。用不同浓度的甘氨酸镁 (0 ,2 5× 1 0 - 6,5 0× 1 0 - 6,1 0 0× 1 0 - 6,2 0 0× 1 0 - 6,40 0× 1 0 - 6)对国家海洋局海洋生物活性物质重点实验室保存的南极冰藻L 1绿藻 (Pyramimonassp.)和 H1硅藻 (Bacillariophyceae )进行培养。实验结果表明 ,甘氨酸镁对南极冰藻 L1绿藻和 H1硅藻有显著促生长作用 ,而且从 L1绿藻和 H1硅藻的生长曲线可以看出 ,甘氨酸镁浓度越高促生长作用越强 ,这将为海洋微藻的培养提供一种新型的生长促进剂     

南极冰藻谷胱甘肽相关因子的测定

谷胱甘肽系统在清除活性氧和生物保护中发挥重要作用,探讨了南极冰藻胞内谷胱甘肽含量及谷胱甘肽相关酶的活力.采用分光光度法,对24种南极冰藻胞内谷胱甘肽含量、谷胱甘肽合成能力(GPA)、谷胱甘肽还原酶活力等进行测定.测定结果表明,南极蓝藻B-1中谷胱甘肽含量最高;南极衣藻ICE-L和南极硅藻GJ01的谷胱甘肽总产量居前2位;南极冰藻GPA普遍高于常温藻的.南极硅藻GJ01和南极衣藻ICE-L GR活力高于对照组的.培养基的选择表明,f/2培养基适合南极硅藻GJ01的生长,而Provasoli培养基适合南极衣藻ICE-L的生长.可见,南极冰藻成为谷胱甘肽的新来源是有可能的,尤其是南极硅藻GJ01和南极衣藻ICE-L.     

4种南极冰藻的生化组成对UV - B辐射增强的响应

实验室人工模拟南极UV—B辐射环境，对南极冰藻的生化组成变化进行了测定和分析，结果表明．UV—B辐射增强(70μW／cm^2)后，4种南极冰藻的总蛋白含量显著减少，其中脯氨酸、羟脯氨酸等6种氨基酸增加，谷氨酸、缬氨酸等减少；总脂含量明显增加，绿藻增加30％以上，硅藻增加超过15％；饱和脂肪酸含量降低，不饱和脂肪酸含量增加，并且产生了一些新的不饱和脂肪酸；Mg、Na和Al元素的含量显著降低，而Fe、Ca、Zn、Mn等含量却明显增加。总体来说，4种南极冰藻的灰分含量显著下降，有机成分明显增加。表明了南极冰藻对UV—B增强的积极响应．能调整自身对强辐射环境的适应性，这为深入研究冰藻对南极强辐射环境的适应性提供了科学依据。     

南极冰藻的总脂含量及脂肪酸组成与其低温适应性的关系

通过对南极水样中分离出来的 4种南极冰藻 (2种硅藻和 2种绿藻 )在不同温度下的总脂含量和脂肪酸组成的研究 ,发现 2种硅藻 (H1和 H2 )通过增加胞内脂肪含量和不饱和脂肪酸的组成来提高其低温适应性 ,而且单不饱和脂肪酸含量远高于多不饱和脂肪酸 ,发挥主要的作用 ;绿藻 L1的总脂含量变化不大 ,但在低温条件下 ,其不饱和脂肪酸的含量亦相应提高 ;绿藻 L4的总脂含量和脂肪酸组成变化与 2种硅藻相似 ,但 2种绿藻的多不饱和脂肪酸含量远高于单不饱和脂肪酸 ,发挥主要的作用。研究结果还显示 ,低温有利于短链脂肪酸的合成。同时作为膜磷脂重要组成成分的 C2 2∶ 6脂肪酸在 4种冰藻中均保持稳定 ,含量相对较高 ,这也是对南极低温环境条件的适应     

南极冰藻的总脂含量及脂肪酸组成与其低温适应性的关系

通过对南极水样中分离出来的4种南极冰藻（2种硅藻和2种绿藻）在不同温度下的总脂含量和脂肪酸组成的研究，发现2种硅藻（H1和H2）通过增加胞内脂肪含量和不饱和脂肪酸的组成来提高其低温适应性，而且单不饱和脂肪酸含量远高于多不饱和脂肪酸，发挥主要的作用；绿藻L1的总脂含量变化不大，但在低温条件下，其不饱和脂肪酸的含量亦相应提高；绿藻L4的总脂含量和脂肪酸组成变化与2种硅藻相似，但2种绿藻的多不饱和脂肪酸含量远高于单不饱和脂肪酸，发挥主要的作用。研究结果还显示，低温有利于短链脂肪酸的合成。同时作为膜磷脂重要组成成分的C22：6脂肪酸在4种冰藻中均保持稳定，含量相对较高，这也是对南极低温环境条件的适应。     

南极生物热耐受性:热极限的进化和适应性调节

温室效应和全球气候变化已经影响到南、北极地区,极地气温升高对于极地生物链的基础部分产生巨大影响.南极生物链中的关键初级生产力是微藻,南极冰藻是极好的生态指示种.南极冰藻在高于生长适宜温度下生长受到抑制,抵抗高温胁迫的机制和能力制约着南极冰藻的生存,南极冰藻生存威胁到极地生态的生物多样性和极地生物链的完整性.持续低温环境进化过程对极端适冷微藻热适应机理的影响是理解极地气候变化对南极冰藻生态影响的依据.