缺氮及氮恢復對龍須菜內(nèi)源氨氮代謝影響的研究.pdf

1、氨氮是海藻最容易被吸收和利用的氮源形式，氨氮被藻體吸收后，形成含氮有機物，之后可通過聯(lián)合脫氨、光呼吸等作用脫去氨基產(chǎn)生內(nèi)源氨氮，硝酸還原酶還原硝氮也可以產(chǎn)生內(nèi)源氨氮。內(nèi)源氨氮在藻體中參與氮代謝，在外源氨氮供給不穩(wěn)定的情況下，內(nèi)源氨氮的代謝水平與藻體的生理生化反應密切相關，而在外源氮供給缺乏的條件下藻體內(nèi)源氨氮和光呼吸等生理代謝之間的關系的研究卻少見報道。因此，本文以龍須菜為實驗材料，施以缺氮和氮恢復的培養(yǎng)條件，通過檢測光合色素，氨基酸等

2、基礎生理生化指標和氮代謝相關基因的表達量來探討缺氮條件下及氮恢復后光呼吸與藻體內(nèi)源氨氮的關系，并探討在缺氮條件下及氮恢復后光合作用和光呼吸作用之間的相互影響。
　　本文以龍須菜(Gracilaria lemaneiformis)為實驗材料，取20g龍須菜以氮營養(yǎng)濃度為90μM（其中氨氮與硝氮的摩爾比為NH4+：NO3-=2:1）、磷營養(yǎng)濃度為4.48μM的人工海水預培養(yǎng)10d。經(jīng)預培養(yǎng)后的龍須菜先進行缺氮處理10d，然后再氮恢復處

3、理4d，對照組氮濃度與預培養(yǎng)的濃度保持一致。實驗期間每兩天換一次水，分別在缺氮處理的0h、4h、8h、24h、48h、4d、10d和補氮后的4h、8h、24h、48h、4d時間點取龍須菜用于后續(xù)指標的測定。本文測定了谷氨酸、甘氨酸、絲氨酸、丙氨酸、天冬氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺等氨基酸、葉綠素a、可溶性糖、藻紅蛋白、可溶性蛋白、藻體內(nèi)的氨氮等的含量的變化，并且檢測了光呼吸關鍵酶基因甘氨酸脫羧酶T亞基（GDCT）、甘氨酸脫羧酶P亞基（GDC

4、P）、絲氨酸：乙醛酸轉(zhuǎn)氨酶（SGAT）、羥甲基絲氨酸轉(zhuǎn)移酶（SHMT）、羥基丙酮酸還原酶（HPR），光合作用關鍵酶基因景天庚酮糖-1,7-二磷酸酶（SBP）、核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶（RUB），以及氮代謝相關酶基因天冬酰胺合成酶（AS）、谷氨酰胺合成酶（GS）、硝酸還原酶（NR）、丙酮酸脫氫酶（PDH）和UDP-葡萄糖焦磷酸化酶（UGP）相對表達量的變化。
　　實驗結果表明：缺氮組中谷氨酸、甘氨酸、絲氨酸、丙氨酸、天冬

5、氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺等主要氨基酸、可溶性蛋白和藻紅蛋白等含氮有機物即氮庫組成成分的含量在缺氮培養(yǎng)4-10d顯著降低，說明長時缺氮（4-10d）會造成氮庫的降解。藻體內(nèi)源氨氮含量在缺氮培養(yǎng)第10d與對照組相比顯著增加(P<0.05)，這可能與氮庫的降解有關。缺氮組光呼吸關鍵酶基因甘氨酸脫羧酶 T亞基(GDCT)、甘氨酸脫羧酶P亞基(GDCP)和羥基丙酮酸還原酶(HPR)的表達量在缺氮培養(yǎng)0-48h與對照組相比稍有增加，說明缺氮處理會使

6、光呼吸適當增強。已知光呼吸過程會產(chǎn)生大量的內(nèi)源氨氮，因此增強的光呼吸會產(chǎn)生更多的內(nèi)源氨氮，使得缺氮組的內(nèi)源氨氮含量高于對照組。谷氨酰胺合成酶(GS)在同化氨氮方面發(fā)揮著重要作用，本研究所檢測的GS的表達量在缺氮第10d與對照組相比顯著增加（p<0.05），與藻體內(nèi)源氨氮含量增加時間一致，因此推測GS能同化內(nèi)源氨氮。即藻體中內(nèi)源氨氮的同化途徑與外源氨氮的同化途徑相同?；謴偷磁囵B(yǎng)后，氮恢復組龍須菜藻體中氨基酸、可溶性蛋白和藻紅蛋白的含量逐

7、漸增，但是氮恢復組藻體內(nèi)源氨氮的含量仍保持較高水平，仍顯著高于對照組。這可能是因為氨基酸、可溶性蛋白和藻紅蛋白的合成在消耗內(nèi)源氨氮的同時也會有內(nèi)源氨氮的產(chǎn)生。相比對照組，氮恢復組天冬酰胺合成酶(AS)和GS表達量顯著上調(diào)（p<0.05），能夠催化合成更多的天冬酰胺和谷氨酰胺，從而合成其他氨基酸與蛋白質(zhì)等物質(zhì)。光呼吸關鍵酶基因GDCT、GDCP、絲氨酸：乙醛酸轉(zhuǎn)氨酶(SGAT)和 HPR的表達量在氮恢復后都顯著高于對照組，這可能是氮恢復組

8、藻體中內(nèi)源氨氮含量仍保持較高水平的原因。缺氮后再恢復氮源，氮恢復組AS、GS和硝酸還原酶(NR)的表達量與對照組相比都顯著增加（p<0.05），進一步提升龍須菜對氨氮和硝氮的吸收，這從基因表達層面反映了龍須菜超補償吸收現(xiàn)象。
　　缺氮組藻體中光合色素葉綠素a和藻紅蛋白的含量在4-10d顯著降低，光合作用的關鍵酶基因核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶(RUB)的表達量在4-10d也低于對照組，說明長時（4-10d）缺氮會使光合作用

9、變?nèi)?。與之相應，缺氮組的光呼吸也由強變?nèi)?，這可能是因為光呼吸依賴于光合作用產(chǎn)生的能量減少造成的。氮恢復組藻體中葉綠素a和藻紅蛋白的含量逐漸增加，但仍低于對照組，藻體中RUB和另一光合作用關鍵酶基因景天庚酮糖-1,7-二磷酸酶(SBP)的表達量都顯著高于對照組，且隨時間變化呈逐漸增加的趨勢。說明氮恢復會使光合作用顯著增強，但光合作用強度與葉綠素a和藻紅蛋白的含量之間并不呈正相關關系，這可能是因為無論在缺氮處理還是氮恢復處理條件下，龍須菜最

10、大光量子產(chǎn)量(Fv/Fm)的比值都不受影響，仍保持著最大的潛在光合轉(zhuǎn)換效率。氮恢復組中藻體光合作用增強的同時光呼吸也增強，這可能是因為光合作用增強會產(chǎn)生很多的能量，而能量過多的話會使龍須菜產(chǎn)生光抑制，因此需要增強光呼吸來消耗掉過多的能量。
　　缺氮處理后，龍須菜藻體中呼吸作用關鍵酶基因丙酮酸脫氫酶(PDH)的表達量與對照組相比下調(diào)，說明呼吸作用減弱，從而減少對可溶性糖的消耗。本研究結果中缺氮組藻體中可溶性糖的含量相比對照組顯著增加