过氧化氢对铜绿微囊藻生长抑制及作用机理研究

论文摘要

水域富营养化是常见的世界性水环境问题。淡水湖泊的富营养化导致藻类爆发性生长,形成水华。部分形成水华的藻类释放次生代谢物质如微囊藻毒素,危害人类和其他生物健康。因此,利用除藻剂控制水华藻生长、抑制微囊藻毒素释放成为生物与环境领域的研究热点之一。本论文以常见的水华藻铜绿微囊藻作为研究对象,从生理和基因表达水平检测除藻剂对铜绿微囊藻生长抑制作用机理。论文选用三种不同类型的除藻齐CuSO4、H2O2和PNA,结果显示1.5μM CuSO4,100μMH202和1mgL-1PNA对铜绿微囊藻生长最大抑制率分别达到60.8%,93.4%和65.3%。从铜绿微囊藻细胞抗氧化酶（SOD、POD、CAT）活性变化情况、脂质过氧化水平、光合色素水平、活性氧自由基和光合作用基因表达水平进行研究,发现三种除藻剂都能够使藻细胞内活性氧自由基水平提高,触发活性氧的生成机制；导致膜脂质过氧化水平显著上升。荧光定量PCR方法揭示：除藻剂降低铜绿微囊藻光合作用基因psaB、psbD1和rbcL的表达丰度。微囊藻毒素是蓝藻水华造成的主要危害之一,在三种除藻剂处理下,毒素合成相关基因mcyA表达上调,mcyD转录表达下调。HPLC方法检测毒素含量发现,CuSO4和H2O2处理96h能够有效控制微囊藻毒素的合成,总毒素的含量分别为对照的20.4%和40.8%,而PNA处理组没有显著效果。由于H2O2易分解,不会对环境造成污染,且对藻类生长和微囊藻毒素合成抑制效果显著。因此,以H2O为例,研究其是否通过对生物钟相关基因的影响,进而抑制藻的生长。蓝藻内源性生物钟调控蓝藻光合作用和毒素合成等多种生理代谢功能。我们的实验结果表明在LD光照条件下,40μM的H202影响铜绿微囊藻生物钟、光合作用和毒素合成基因的昼夜节律性表达,改变其节律振幅和相位。通过HPLC检测发现H202处理导致细胞内毒素合成减少,节律几乎消失。LL处理组基因表达和微囊藻毒素合成结果与LD处理组相似,表明短时间光照改变对藻细胞内生物钟和生命活动节律变化影响不大。因此,H202能够影响蓝藻生命代谢的节律,并对细胞造成氧化损伤,有效抑制蓝藻生长。从抑藻效果和生态安全方面考虑,H202可以作为一种优选除藻剂被广泛应用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 缩略词表
• 第一章 绪论
• 1.1 蓝藻水华概况
• 1.1.1 蓝藻水华的现状
• 1.1.2 蓝藻水华的防治措施
• 1.2 除藻剂作用研究进展
• 1.2.1 重金属除藻剂
• 1.2.2 化感物质除藻剂
• 1.2.3 化学除藻剂
• 1.3 铜绿微囊藻
• 1.4 微囊藻毒素概况
• 1.4.1 微囊藻毒素的理化性质
• 1.4.2 微囊藻毒素的危害
• 1.5 蓝藻生物钟调控的研究
• 1.6 研究目的和意义
• 第二章 过氧化氢、硫酸铜和PNA对铜绿微囊藻生长抑制、氧化胁迫和光合作用基因表达的影响
• 2.1 前言
• 2.2 材料与方法
• 2.2.1 实验材料和培养条件
• 2.2.2 实验设计
• 2.2.3 实验方法
• 2.3 结果
• 2.3.1 除藻剂对铜绿微囊藻生长的抑制率
• 2.3.2 除藻剂对铜绿微囊藻ROS的影响
• 2.3.3 除藻剂对铜绿微囊藻抗氧化酶活和MDA的影响
• 2.3.4 除藻剂对蓝藻光合色素含量的影响
• 2.3.5 除藻剂对铜绿微囊藻光合作用相关基因表达的影响
• 2.4 分析与讨论
• 2.5 小结
• 第三章 过氧化氢、硫酸铜和PNA对铜绿微囊藻产生微囊藻毒素的影响
• 3.1 前言
• 3.2 材料与方法
• 3.2.1 实验材料和培养条件
• 3.2.2 实验设计
• 3.2.3 实验方法
• 3.3 结果
• 3.3.1 除藻剂对微囊藻毒素相关基因表达的影响
• 3.3.2 除藻剂对细胞内毒素合成的影响
• 3.4 分析和讨论
• 3.5 小结
• 第四章 过氧化氢作用下铜绿微囊藻生物钟节律的机理研究
• 4.1 前言
• 4.2 材料与方法
• 4.2.1 实验材料和培养条件
• 4.2.2 实验设计
• 4.2.3 实验方法
• 4.3 结果
• 4.3.1 过氧化氢处理对铜绿微囊藻生物钟基因表达节律的影响
• 4.3.2 过氧化氢对铜绿微囊藻光合作用基因表达节律的影响
• 4.3.3 过氧化氢对铜绿微囊藻毒素基因表达节律的影响
• 4.3.4 过氧化氢对铜绿微囊藻毒素合成的影响
• 4.4 分析和讨论
• 4.5 小结
• 结论与创新点
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文