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北京化工大學(xué)碩士學(xué)位論文 水華束絲藻碳氮代謝的特征及相互作用 摘要 藍(lán)綱菌通過光合作用利用太陽能固定無機(jī)碳并釋放出氧氣 是地 球上氧 碳 氮 氫等元素循環(huán)的主要參與者 又是有機(jī)物的初級(jí)生 產(chǎn)者 由于藍(lán)細(xì)菌細(xì)胞結(jié)構(gòu)簡單 主要營養(yǎng)代謝方式與真核生物和高 等植物相似 尤其某些藍(lán)細(xì)菌具有特殊的固氮能力和方式 因此 采 用藍(lán)細(xì)菌作為細(xì)胞代謝研究模式 可以必生物學(xué)基礎(chǔ)研究提供平臺(tái) 也為微藻生物技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ) 本論文采用水華束絲藻9 4 3 作為研究對(duì)象 測(cè)定了一系列生理 生化指標(biāo)及代謝關(guān)鍵酶的變化 在細(xì)胞水平上考察不同影響因子的作 用和效栗 研究了不同無機(jī)碳源對(duì)藍(lán)細(xì)菌細(xì)胞的生長 分化和衰亡的 作用 以及對(duì)生長過程中氮源圊化作用的影響 并結(jié)合文獻(xiàn)報(bào)道對(duì)可 能熊調(diào)控方式進(jìn)行了探討 t 實(shí)驗(yàn)首先對(duì)水華束絲藻9 4 3 進(jìn)行搖瓶培養(yǎng) 確定其生長條件尊結(jié) 果發(fā)現(xiàn) 水華束絲藻在溫度為2 1 2 2 起始p h 值為6 3 7 以及 0 4 u 隨瑟的通氣量下有較好的生長 培養(yǎng)基中適合的無機(jī)碳源和氮源 比例有利予藍(lán)藻細(xì)胞維持碳氮代謝聞平衡 單獨(dú)提高氮源 n 3 讖 或碳源 c 0 2 都會(huì)影響藻細(xì)胞的生長 在實(shí)驗(yàn)條件下 銨根離子可徹 底抑制水華束絲藻9 4 3 生長 培養(yǎng)基中的無機(jī)氮源對(duì)水華束絲藻的異形胞分化有一定抑制作 用 但通入c 0 2 可以誘導(dǎo)水華束絲藻細(xì)胞分化產(chǎn)生異形胞 異形胞的 北京化工大學(xué)碩士學(xué)位論文 分化頻率在一定時(shí)間內(nèi)與c 0 2 的通入量有對(duì)應(yīng)關(guān)系 表現(xiàn)為隨著c 0 2 通入量的增加而增加 當(dāng)n a h c 0 3 為無機(jī)碳源時(shí) 異形胞的分化頻率 幾乎沒有變化 c 0 2 濃度的增加導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)碳氮比例失衡后 藻細(xì)胞 沒有增加吸收培養(yǎng)基中的結(jié)合態(tài)氮源 而是產(chǎn)生異形胞固氮 說明藻 細(xì)胞的氮代謝存在多層次多途徑的代謝調(diào)控 為進(jìn)一步考查碳氮代謝關(guān)系 實(shí)驗(yàn)過程中測(cè)定了硝酸還原酶及 6 磷酸葡萄糖脫氫酶活性 結(jié)果顯示 當(dāng)c 0 2 含量增加時(shí) 硝酸還原 酶活性有所下降 證明c 0 2 抑制藻細(xì)胞對(duì)n 0 3 的吸收利用 測(cè)定碳 氮中間代謝產(chǎn)物2 酮戊二酸在細(xì)胞中的積累發(fā)現(xiàn) 2 酮戊二酸的含量 與異形胞的發(fā)生頻率有一定對(duì)應(yīng)關(guān)系 在異形胞發(fā)生頻率較高的培養(yǎng) 液中 2 酮戊二酸的含量相應(yīng)增高 在上述結(jié)論的基礎(chǔ)上 考察了不同無機(jī)碳對(duì)其他經(jīng)濟(jì)藻種生長的 影響 改變培養(yǎng)基中無機(jī)碳源含量 測(cè)定三角褐指藻和小球藻的生長 曲線 硝酸根吸收速率以及碳氮比等參數(shù) 三角褐指藻和小球藻分別 在1 和3 c 0 2 含量下達(dá)到最高生長速率 測(cè)定細(xì)胞中總糖 總蛋白 的積累以及碳氮比 發(fā)現(xiàn)細(xì)胞中總糖含量和碳氮比隨著c 0 2 通入濃度 的增加有一定增加 可能是由于c 0 2 濃度升高后對(duì)細(xì)胞光合作用有一 定的促進(jìn)作用 細(xì)胞中總糖含量升高 總蛋白積累量變化不明顯 關(guān)鍵詞 水華束絲藻 異形胞 二氧化碳 硝酸還原酶 2 酮戊二酸 i i 北京化工大學(xué)碩士學(xué)位論文 c h a r a c t e r i s t i c sa n dr e g u l a t i o 玨o fc a r b o na n i d ln i t r o 譬e 建 m e t a b o l i s mi 玨么矽蟊露囂l 知搬移攆穢籜 勛s 躇露鼯露矽 a b s t r a c 量 q 舊n o b a c t e r i a ap h y l u mo fb a c t e r i am a to b t a i nm e i re n e r g yt h r o u g h p h o t 0 8 y i l m e s i s i sam a i nc o n t r i b u t o ro ft h e9 1 0 b a lp r i 賊呵p r o d u c 既a s m em a i nn u t r i t i o n a la n dm e t a b 0 1 i cm o d e l si nc y a l l o b a c t e r i aa r es i l n i i a rt o p h o t o s y n t h e t i ce u k a 噦o t ea i l dh i 曲e rp l a l l t s c y a n o b a c t e r i ai sag o o d m e t a b 0 1 i s mr e s e a r c hm o d e lf o rb i o l o g ys t u d y 面 1t h i sw o r k 卻五口以揚(yáng)d 珂e 療d 萬伽一口口甜掰p9 4 3w a sc h o s e na sr e s e a r c h m a t e r i a l 和磊口胛瑟d 玎z e 忍d 聆 泌一口g 群口8 i sa 矗l a l n e n t o u sc y a n o b a c t e u l 髓 c a p a b l eo fb o t hp h o t o s y n t h e s i sa n dd i 缸拍g e n 蠡x a t i o n 磁l d e fa e b i e c 強(qiáng)d i t i 鋤s as e 蠢e so fp h y s i o l o g i e a l b i c h e 武e 蕊蠲d糙e t 兩文i e i n d 主c a t o f sw e f es 埡d 主e d c h 鑫r a c t e 矗s 專主e s 黼d 羚g 毪l 撕 穩(wěn)糯1 e so fe 拍 穩(wěn) 搬e t a b l i s m 鋤do 也o f 纛i 鼬g e 建鑫s s i 瓶l 毹i o np 燦a y w e 忿i n v e s t i g 越e di 建 t h e 吡o l ee e l ll e v e l t h e 印t 主觀me o n d i t i 濰是r 也e 伊o w mo f 卻辦理殘切瓏繃d 擺歹凇一a 鳥攔以8 w a ss 拋d i e di nb gllm e d i u m b ye x a m i n i n ge 恐c t so ft e m p e r a t u r e i n i t i a l p hv a l u e m t m g e ns o u r c e s 矩da i rf l o wd u r i n gt h ec u l t i v a t i o n 1 k s u l t s i 王i 北京化正大學(xué)碩士學(xué)位論文 s h o w e dt h a tf i t t e s tc i r c u l 粥t a n c e sf o r 和矗口弼z z d 班翻d 力夕瓠一口g 越翻呈鄹 w m w a s t e i n p e r a 衄eo f2 1 2 2 t h ei i l i t i a lp hv a l u eo f6 3 7 o 4 l m i na i r n o w i m p r 0 v e dn i 仃0 9 e n n 0 3 一n 0 rc a r b o n c 0 2 r e s o u r c e sp r o m 1 d t e d t h eg f o 姒ho fa l g a ee e l l s 始l y 豫d 篚也eb 越黼c eo fi n 曙a n i ce 積 弧a n d n i 的g e ne l e 黼n t s d e rt h ee x p e r 至芏蕊n t a 圭e o 鬏d i t i o n s m e 舔g 奎c(diǎn) e l l se a n n o tu s e 黜o n i u mn i 昀g e ni nm em e d i 啪d i r e c t l y a n dh e t e r o c y s to f 卻辦以 z 丘刀 靠 艦d 弼 刀缸一口g a ec e n sc u l t u r e di nb g 11w i ma m l n o n i u mc a n n o tb eo b s e r v e d i tm e a n st h a ta i m l o n i u mi o nc a i li 曲i b i tt h e 伊o w mo f 卻磊露囂z z d 7 籜掰l p 露 7 轟粥 露垡掰口ge o l l 攀1 e t e l y 址 磚髏協(xié)s 拋d ym ee f 斃c t o fm o 略張i ee 拍舳 o 魏k t e e t d e v e l o p m e n t a i rw i t hd i 鼠r e n tc 0 2 c o n c e n 鋤t i 鋤sw a sb u b b l e dt ot h e m e d i u m c o m p a r i n gw i t ha i r c 0 2m a r k e d l yi m p r o v e dt h e 斟o w t hr a t eo f 卻辦脬 z 泐m 繃伽加s 凹 口穢a n dh e t e r o c y s td i 虢r e n t i a t i o n a n dh e t e r o c y s t d i 鼠辯n t i a t 主 髓骶q u e n e y 蕊ae e r t a i n 倦n ef e l a t e dt oc 0 2 c o 髓e e n t r a t i o n h o w e v e r t ka d d i 矗齷o fn a h c 0 3 擊dn o ti n d u e e 也ep 妁d u c t i 馓o f h e t e r o c y s t s t h ei n c r e a s e dc 0 2c o n c e n 眥i o ni nt 1 1 em e d i u mc a u s e dt h e i n l b a l a n c eb e 船e e nc a r b o na n dn i 仃o g e ne l e m e n t s w h i c he n h a n c e d h e t e r o c y s t 能q u e n c i e sr a m e rt h 題i n c r e a s i n gt h ea b s o 破i o n o fc e l l st o n i t r o g 鉍s o u 愆e 王專m e a n st h ea l g a ee e l l s 靛i 拄o g 鐮m e t a b o l i s me x i s 搬l c eo f a 趲u l 乏童 l e 張l 越疆l t 主一e h 越滋e l 懋e 圭曲o l i e 托窟 u l 撕 戇 n i t r a t er e d u c t a s ea n d 酉u c o s e 一6 p h o s p h a t ed e h y d f o 咎n a s ea c t i i 夠 w e r ec a l c u l a t e dr e s p e c t i v e l y n i t r a t er e d u c t a s ea c t i v i 妙d e c r e a s e db yt h e i v j 匕褒化工大學(xué)碩士學(xué)位論文 a d d i t i o no fc 0 2 t h ed e t e h l 缸n a t i o no f2 k e t o g l u t a r a t es h o dt h a tt h e a c c u 枷l a t i o no f2 一k e t o 百u t a 矗ca c i dw a sc o r r e s p o n d i n gi n e r e a s e dt ot h e m l 斑b e ro fh e t e r o c y s tc e l l s 弧ee 毹c t so fd 主虢r e n t i n o 鴉a n i ec a f b 讎髓o m 貿(mào)s p e e i e s 醴 搬i c 咯g l ew e 羚s 蝕d i e 文 場(chǎng)戳昭施 覷瓏護(hù)泐磁豁級(jí)耀嬲d 鰳腸愆z 融 c 玨l 缸嗣戤1 粕d3 c 0 2e o 囂t 髓 孔撕e v e 也eh 適k s 妻g 羚w t h 怒t e 愆s p e 嘶v e 垃罰t a l 虹如e a r b o n 姒a 1p 灼鈀i na l l dc a 南o nn i 的g 鉍r a t 幻 w e 托c a l c u l a t e 鸝t h e 地 出o c a r b o na c c u m u l a t e di nt h ec e l lw a si 芏l c r e a s e d2 l s w e l la st h ea nr a t i oc o m p a r e dw i t ht h ea c c e s st ot h ec o n c e n n a t i o no f c 0 2 d u et o i 1 1 c r e a s e dc 0 2c o n c e n t r a t i o n p r o m o t e dp h o t o s y n m e t i c a c t i v i t i e s k e y w o r d s 和而口 z 泐 衍p 胛d 聰 d s a g 口e h e t e r o c y s t c a r b o nd i o x i 1 e n i 仃a t er e d u c t a s e 2 k e t o g l u t a l i a t e v 北京化工大學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明 所呈交的學(xué)位論文 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下 獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果 除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外 本 論文不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果 對(duì)本文 的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體 均己在文中以明確方式標(biāo)明 本 人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān) 作者簽名 至壘緝 日期 立竺堇型蘭 關(guān)于論文使用授權(quán)的說明 學(xué)位論文作者完全了解北京化工大學(xué)有關(guān)保留和使用學(xué)位論文 的規(guī)定 即 研究生在校攻讀學(xué)位期間論文工作的知識(shí)產(chǎn)權(quán)單位屬北 京化工大學(xué) 學(xué)校有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印 件和磁盤 允許學(xué)位論文被查閱和借閱 學(xué)?？梢怨紝W(xué)位論文的全 部或部分內(nèi)容 可以允許采用影印 縮印或其它復(fù)制手段保存 匯編 學(xué)位論文 保密論文注釋 本學(xué)位論文屬于保密范圍 在上年解密后適用 本授權(quán)書 非保密論文注釋 本學(xué)位論文不屬于保密范圍 適用本授 權(quán)書 作者簽名 至 魚坌日期 趨堡蘭 導(dǎo)師簽名 邀艘日期 迦金玉五 北京化工大學(xué)碩士學(xué)位論文 i 1 水華束絲藻簡介 第一章文獻(xiàn)綜述 1 1 1 水華束絲藻的形態(tài)特點(diǎn) 水華束絲藻是一種固氮藍(lán)藻 可固定空氣中游離氮為簡單氮化合物以供藻細(xì) 胞利用 其藻絲直或稍彎曲 單一或藻絲側(cè)蘑相連成束狀群體 藻絲中部細(xì)胞短 柱形 里方形 細(xì)胞內(nèi)具假空泡 有遮強(qiáng)光和漂浮的功能 末端細(xì)胞尖細(xì) 延長 成無色細(xì)胞 膠鞘模糊不清 l 異形胞閡生 異形胞由營養(yǎng)細(xì)胞特化露成 是絲 狀藍(lán)藻類產(chǎn)生的 種與繁殖有關(guān)的特別類型的細(xì)胞 形狀與一般細(xì)胞不同 圓形 色淡 成熟的異形胞是透明的 其細(xì)胞壁在與栩鄰細(xì)胞相接處有鈕狀增厚部 水 華柬絲藻可在富營養(yǎng)水體中大量繁殖 形成水華 且細(xì)胞破裂后可釋放貝蛤類毒 素 對(duì)動(dòng)物和人類有潛在危險(xiǎn)翻 水華束絲藻的細(xì)胞增殖主要靠藻絲的斷裂和段殖體的形成進(jìn)行 段殖體系藍(lán) 藻藻絲上兩個(gè)營養(yǎng)細(xì)胞問生出的膠質(zhì)隔片 凹面體 或由聞生異形胞斷開后形成 的若干短的藻絲分段 又稱藻殖段或連鎖體 即在絲狀群體中 有一段群體與其 他絲狀體部分脫離 再分裂增殖形成新絲狀群體 3 舄時(shí)又能在細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生孢予 這種孢予不經(jīng)休眠而直接萌發(fā)形成新個(gè)體 除此以外也能形成厚壁孢予 即休眠 孢子 由普通營養(yǎng)細(xì)胞增大體積 積累豐富營養(yǎng) 然焉細(xì)胞壁增厚面成 厚壁孢 子大多出現(xiàn)于絲狀體類型的種類上 它的有無 形狀 數(shù)目以及位置等 均為分 類的依據(jù) 厚壁孢子有極強(qiáng)的生命活力 畿在不利環(huán)境條件下長期缽眠 當(dāng)環(huán)境 好轉(zhuǎn)時(shí)孢子萌發(fā)成新的絲狀體 有人報(bào)道 從已貯藏7 0 年的千燥土壤中得出的 孢子仍有萌發(fā)能力溺 2 水華束絲藻的利用價(jià)值 s e 湖ab 懿蕊文矗等 捌通過研究發(fā)現(xiàn)水華柬絲藻的自然提取物對(duì)體終紅血球和 皿漿樣品有一定的抗氧化作用 對(duì)提取物利用氧化劑進(jìn)行預(yù)溫育 發(fā)現(xiàn)6 2 0 刪下 的吸光凌顯著下降 標(biāo)志著該萃取物中含有一種可快速被氧化的蛋自 并證實(shí)該 蛋白為藻藍(lán)蛋白 藻藍(lán)蛋白是一種屬于光合作用體系的蛋白 6 1 包含有兩個(gè)生色 豳的b 亞基和包含一個(gè)的謹(jǐn)亞基 可利用魏蝴r o x y a p 蕊t e l 硼蠲 斑t i oa 6 2 餅a 2 8 0o f 4 7 8 層析分離純化 該蛋白的臨床應(yīng)用尚待進(jìn)一步研究 m i y 鋤o t o 等 7 利用微生 北京化工大學(xué)碩士學(xué)位論文 物方法以及有內(nèi)因子的化學(xué)發(fā)光方法測(cè)定水華束絲藻干細(xì)胞中維生素b 2 的含量 其測(cè)定結(jié)果為6 1 6 3 m l o o g 該化合物是否可被人體利用還需要進(jìn)一步研究 1 1 3 以水華束絲藻為主的藍(lán)藻水華危害 水域中含氮和含磷化合物的增多 造成水體的富營養(yǎng)化 藻類大量繁殖后使 水體變藍(lán)或形成其他顏色 稱之為水華 藍(lán)藻為引起水華的主要藻類 此外還有 綠藻 裸藻和硅藻等 8 我國近年來水華現(xiàn)象比較普遍 如滇池 巢湖 太湖等幾 大淡水湖泊的嚴(yán)重水華至今仍然沒有得到有效控制 其中滇池中形成水華的主要 是微囊藻屬 脅c r d 妒出砌功和束絲藻屬 p 加刀泐聊e 玎d 刀 如肛 藍(lán)藻在長期進(jìn)化中形成了極強(qiáng)的生態(tài)競爭優(yōu)勢(shì) 在適合的環(huán)境條件下即可獲 得最大生長率 并以指數(shù)級(jí)迅速增長 研究發(fā)現(xiàn)藍(lán)藻具有自我強(qiáng)化機(jī)制作用的生 態(tài)生長調(diào)節(jié)裂1 0 1 可使其產(chǎn)生盡可能多的后代 從而使產(chǎn)毒菌株密度增加 獲得 競爭優(yōu)勢(shì) 形成種類少而數(shù)量大的藍(lán)藻水華 藍(lán)藻的大量生長可改變水體的理化 環(huán)境 透明度降低 水體散發(fā)腥臭味 溶解氧減少 當(dāng)水體中的營養(yǎng)素被藍(lán)藻耗 盡時(shí) 藍(lán)藻大量死亡 各種有害氣體及藍(lán)藻毒素大量釋放f 9 最終導(dǎo)致水生態(tài)系統(tǒng) 的迅速崩潰 此外 引起人們較大關(guān)注的是形成藍(lán)藻水華后藍(lán)藻毒素帶來的危害 微囊藻屬 魚腥藻屬 顫藻屬和束絲藻屬等都可以產(chǎn)生藍(lán)藻毒素 水體中高濃度 微囊藻毒素可影響水生植物種群的多樣性 1 2 j 也可使魚卵變異 魚類行為及生長 異常 并威脅人類健康 有學(xué)者認(rèn)為 l i 藍(lán)藻毒素是引起我國南方肝癌高發(fā)的主要 危險(xiǎn)因素之一 其中 水華束絲藻產(chǎn)生毒素使牛中毒死亡現(xiàn)象早在2 0 世紀(jì)初就有報(bào)道 但只 針對(duì)現(xiàn)象而言 無實(shí)質(zhì)性研究進(jìn)展 到2 0 世紀(jì)6 0 年代初 才真正對(duì)水華束絲藻 毒素進(jìn)行研究和探討 并從水華束絲藻中分離出的具有四氫嘌呤結(jié)構(gòu)的生物堿 經(jīng)試驗(yàn)證明為水華束絲藻毒素a p h a n t o 虹ni 藥理實(shí)驗(yàn)表明1 1 3 j a p h a n t o x j ni 毒性 較大 其半數(shù)至死量為l o m 眺g 小鼠 不足5 m i n 足以致死 此種毒素是內(nèi)毒素 藻類溶解后方可釋放出 對(duì)魚類毒性極大 水華束絲藻常為春秋季水體水華的優(yōu)勢(shì)藻種 y o s h i m 勰a 的觀察表明 i6 j 從當(dāng)?shù)?人工優(yōu)養(yǎng)湖中分離出的水華束絲藻種不能在p h7 1 及1 l 以下生長 其形成水華 時(shí)間可從當(dāng)?shù)仄咴鲁掷m(xù)到十月 s h i g e 0t s q i m u r a 等 1 7 研究了1 9 9 9 年b i w a 湖和 y 0 9 0 湖首次發(fā)生的以水華束絲藻為主的藍(lán)藻水華現(xiàn)象 與這兩個(gè)湖中的其他藍(lán)藻 如微囊藻和念珠藻相比 在夏季少部分的水華束絲藻可以繼續(xù)生長到冬季 說明 其對(duì)低溫有一定的耐受性 并利用從b i w a 湖分離得到的無菌藻株進(jìn)行培養(yǎng)闡明溫 度對(duì)其生長的作用 該藻株可在8 以上生長 最適生長溫度在2 3 至2 9 之間 j e 京化工大學(xué)碩士學(xué)位論文 甚至在5 低光條件下也可存活至少2 5 天 這些結(jié)果證實(shí)了其在晚秋和冬季產(chǎn)生 水華的可能性 并說明不同地區(qū)的水華柬絲藻種可適應(yīng)不同的生長條件 此外 金傳蒴等u s 利用b g ll 培養(yǎng)基培養(yǎng)水華束絲藻n 玨 5 藻株并提取毒素 采用a o a c 小鼠生物檢測(cè)法對(duì)純種昆明小鼠腹腔注射 小鼠出現(xiàn)腹式呼吸 隨后 抽搐至死亡 證實(shí)水華束絲藻n h 5 株能產(chǎn)生麻痹性的貝毒素 它是 種作用于細(xì) 胞膜水平上的肌肉神經(jīng)抑制劑 作饜機(jī)理被認(rèn)為是通過阻止鈉離子流的作用勢(shì)能 最后抑制神經(jīng)傳導(dǎo) w i l l i 黝等 l 州報(bào)道水華束絲藻毒素引起神經(jīng)肌肉傳導(dǎo)阻滯的機(jī)制是阻礙了細(xì) 胞膜的鈉通道傳導(dǎo) 而對(duì)鉀通道的傳導(dǎo)無影響 且抑制作用有劑量效應(yīng)關(guān)系 與 溽豚毒素 石房蛤毒素的作用相似 該隰滯作用是完全可逆的 即停止染毒焉 會(huì)逐漸恢復(fù)到原來的動(dòng)作電位 胡智泉等 2 l 用不同濃度的微囊藻毒素 m c 1 嫁 處理自滇池分離的水華束絲 藻 研究了m c r r 對(duì)水華柬絲藻的生理特性和超微結(jié)構(gòu)的影響 結(jié)果顯示 l o h 啦 的m c r r 可輕微促進(jìn)水華束絲藻的生長 面l p g 純 饔l 嘲轉(zhuǎn)g 厄的撻c 韃己對(duì)水 華束絲藻表現(xiàn)為急性致死效應(yīng) 藻的生理機(jī)能完全破壞 可溶性碳水化合物和蛋 白質(zhì)含量上升 光合系統(tǒng)p si i 活性迅速降為零 藻絲在4 8 h 后開始斷裂 解體 并逐漸溶解 其超微結(jié)構(gòu)顯示細(xì)胞膜受損 藻細(xì)胞內(nèi)含物幾乎完全滲漏 微囊藻 毒素對(duì)水華束絲藻有顯著的溶藻效應(yīng) 2 2 微囊藻毒素在束絲藻與微囊藻的季申群更 替中發(fā)揮著重要的作用 4 形成藍(lán)藻水華的主要影響因素 影響水華發(fā)生的首要因子是營養(yǎng)鹽 n p 是藻類生長過程中必需的營養(yǎng)元素 l 捌 它們?cè)谒w中的含量直接影響著藻類的生長 從而決定了永華的發(fā)生和可能 形成的規(guī)模和程度 據(jù)報(bào)道1 2 叫在富營養(yǎng)化湖泊中 無風(fēng)或微風(fēng)時(shí) 水面平靜 水 溫2 0 3 0 p h 6 9 時(shí)適于水華藻大量繁殖 jl e h t i m a l i 等 2 4 j 研究了環(huán)境條件對(duì)泡沫節(jié)球藻和水華束絲藻生物量和固氮能 力的影響 同時(shí)測(cè)定泡沫節(jié)球藻生成的毒素濃度 較之泡沫節(jié)球藻 水華束絲藻 較適合在低光照 低鹽分以及較低溫度的條件下生長 與細(xì)菌共同培養(yǎng)或提高磷 酸鹽濃度都可使兩者的生物量提高 而過高的無機(jī)氮會(huì)使兩者生物量下降 細(xì)胞 和培養(yǎng)基中節(jié)球藻毒素的濃度以及氮固定化速率 通常在促進(jìn)生長的條件下達(dá)到 最大 在高溫 高磷酸鹽濃度以及強(qiáng)光照條件下細(xì)胞內(nèi)節(jié)球藻毒素濃度增加 兩 高鹽和高無機(jī)氮培養(yǎng)基中降低 培養(yǎng)基中節(jié)球藻毒素濃度隨培養(yǎng)時(shí)間增加而增加 說明細(xì)胞內(nèi)毒索隨細(xì)胞破裂而釋放到培養(yǎng)基中 l 乏衷化工大學(xué)矮 學(xué)位論文 e l i 呔a 等貓弼提取水華中藍(lán)藻并遙過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)藍(lán)藻固氮能力與培養(yǎng)基中氮元素 含量稠鹽濃度呈負(fù)相關(guān) 面在低氮條件下 增加培養(yǎng)基中磷元素濃度可有效提高 藍(lán)藻固氮能力 w 研s b a u 曲等 1 4 l 對(duì)加利福尼亞的c lc a r 潮水由水華束絲藻引起的水 華現(xiàn)象進(jìn)行了研究 加利福尼距的e l e 盯湖水溫暖且較淺 雜質(zhì)較多 富營養(yǎng)化嚴(yán) 重 l 孵5 年 在水華柬絲藻的大規(guī)模生長期間 該湖泊的三大水域溶鐵離子水平 從原先的1 5 3 0 燃u g 降低到2 m l l g 在實(shí)驗(yàn)條件下鐵離子的增加可使藍(lán)藻氮固定他速 率提高5 0 0 說明鐵離子的增加可顯著提高碳固定速率和葉緣素合成速率 且硝 酸鹽的加入促進(jìn)了碳固定和葉綠素的合成但限制了氮的豳定化 生物量的測(cè)定表 明c l e a f 潮中藍(lán)藻和其他藻類的生長常常受到聚合氮源直接限制作用 偶爾也受到 鐵離子和磷含量的影響 通過限制氮固定化 環(huán)境鐵離子含量的增加可降低藍(lán)藻 對(duì)氮源的利用 從而減少藍(lán)藻生長 l 2 藍(lán)藻的光合碳代謝 藍(lán)藻是一類分布廣泛的原核光合白養(yǎng)生物 以葉綠素a 為主要光合色素 通 過c a l 蕊循環(huán)固定c 0 2 光合作用過程釋放氧 并生成還原耱供細(xì)胞利用 微藻的 營養(yǎng)方式有光囊養(yǎng) 混合培養(yǎng) 異養(yǎng)等三種 2 6 光盤養(yǎng)是指藻細(xì)胞利用光能為能 源 利用無機(jī)碳作為碳源進(jìn)行光合作用的營養(yǎng)方式 混合培養(yǎng)是指藻細(xì)胞同時(shí)利 用光和有機(jī)物為能源 同時(shí)利用有機(jī)物和無機(jī)碳為碳源的營養(yǎng)方式 異養(yǎng)是指藻 細(xì)胞以有視物為能源和碳源的營養(yǎng)方式 混合營養(yǎng)與光自養(yǎng)相比 微藻的混合培 養(yǎng)方式具有生長速率快 對(duì)光的依賴性減弱或提高光能利用率等特點(diǎn) 而與異養(yǎng) 相比 能夠以混合方式生長的微藻種類很多 2 0 且能合成有光調(diào)節(jié)而生成的代謝 物 藍(lán)藻在細(xì)胞肉利用l 5 二磷酸核酮糖羧化酶一氧化酶 r 西i s 固定c 0 2 有些 藻種也可直接利用h c 0 3 作為無機(jī)碳源 在淡水藍(lán)藻種群的增長過程中 環(huán)境中無 機(jī)碳濃度有可能下降至岫o l l 水平 由于c 0 2 在水體中擴(kuò)散較慢 這種低濃度 c i 可維持較長時(shí)間 在這種條件下 藍(lán)藻細(xì)胞中c 0 2 濃縮機(jī)制 c 0 2c o n c e n 缸 a t i n g m e 出鑫蕾s m c c m 可被誘導(dǎo)出來1 2 丌 c c m 機(jī)制是某些水生植物為保證其光合 搴用 的碳源供應(yīng)所形成的提高細(xì)胞內(nèi)c 0 2 濃度的生理機(jī)制 藍(lán)藻是典型的c c m 生物 其c c m 機(jī)理得到了詳盡的研究 并取得了顯著進(jìn)展 r e i n h o l d 等 2 8 提出的羧化體 模型 成功的從原理上闡明了藍(lán)藻c c m 的基本過程 此模型由3 個(gè)假設(shè)組成 1 位于細(xì)胞膜上的c i 泵 包括c 0 2 泵和h c 傷 泵 將細(xì)胞外的c 0 2 和輟c 0 3 主動(dòng)轉(zhuǎn) 運(yùn)到細(xì)胞內(nèi) 無論c i 泵以何種形式的c i 為底物 釋放到細(xì)胞內(nèi)的是h c 0 3 2 c i 在細(xì)胞內(nèi)的主要存在形式是h c 0 3 細(xì)胞質(zhì)內(nèi)無碳酐酶 c a r b o n i ca n l l y d r a s e 4 北京化工大學(xué)碩士學(xué)位論文 簡稱c a h c 0 3 與c 0 2 處于不平衡狀態(tài) 因?yàn)閔 c 0 3 是離子 細(xì)胞膜對(duì)它的通 透性眈c 0 2 低的多 從而降低c i 的泄漏 3 e a 和凡蠡i s 全部位于羧化體內(nèi) 在c a 的催化律用下 玨c 0 3 和c 0 2 在羧化體 內(nèi)進(jìn)行快速轉(zhuǎn)換 由高濃度的h c 0 3 在r u b i s c 0 的活性位點(diǎn)附近生成高濃度的 c 0 2 而使其固定反應(yīng)以較快的速度進(jìn)行 一 一一一一一 一 參 數(shù)囂緩 f 曼冀 羔翌 一 r 圈l 耋藻細(xì)胞中碳分子傳遞和代謝相關(guān)酶 f 逛 1 ln e 拄勰s p 嘲翹da 鸚i m i l a t i o no f 缸鸛紐i cc i l lc y 黼o b a c t 碰嘲c e n s 當(dāng)環(huán)境中無機(jī)碳濃度較高時(shí) 如自然的堿性淡水中濃度可達(dá)到1 5 2 2 m i n o 兒 在這種條件下生長的藍(lán)藻對(duì)c 0 2 的親和力較低 c c m 機(jī)制受到抑制 捌 此外 浮 游植物靜群的增長還會(huì)弓 起環(huán)境p 玨值舞高 可達(dá)到l o 0 以上 和溶解氧濃度的上舞 可達(dá)到飽和水平的1 0 0 2 0 0 從而有利于浮游植物進(jìn)行光合呼吸 2 8 3 固氮藍(lán)藻的氮代謝 氮是藻類生長的必需元素 在地球上的存在形式有無機(jī)態(tài)和有機(jī)態(tài)兩種 一 般來說 藻類較易吸收利用無機(jī)態(tài)氮 主要有n h 4 n n 0 3 二n 和n 0 2 n 其中n 0 2 乞n 在自然永體中含量很少 部分藍(lán)藻也可利用尿素和四氧化二氮及谷氨酸鹽作為氮 源 3 l 微藻對(duì)銨鹽和硝酸鹽的吸收到用速度受各種條件的影響 在能量歪足時(shí) 5 二l 藝京優(yōu)工大學(xué)矮 學(xué)位論文 硝酸鹽的利用率低于銨鹽 即在低光強(qiáng)下細(xì)胞利用銨鹽的速度比硝酸鹽快 但對(duì) 大多數(shù)藍(lán)藻麗言 培養(yǎng)液中較多的銨態(tài)氮是有害的f 3 3 藍(lán)藻最普遍利用的是硝酸鹽 硝酸鹽在進(jìn)入細(xì)胞后 經(jīng)過由硝酸還原酶 n r 和亞硝酸還原酶 n i r 催化的兩步還原反應(yīng) 3 2 轉(zhuǎn)化為細(xì)胞可利用的銨離子形式 銨離子可在谷氨酸合成酶作用下合成谷氯酸參與代謝 但該途徑能耗較高 一般 通過谷氨酰胺一酮戊二酸氨基轉(zhuǎn)移酶途徑 g o g a t 每生成一分子的谷氨酸耗去一 分子的n a d p h 和a t p 如下圖所示 圖l 2 藍(lán)細(xì)菌對(duì)不同形式氮源的利用 f 嗨1 2i n o 唱a i l i c 觚do 唱a i l i cnc a nb eu s e db yc y a l l o b a c t 甜a 1 3 1 異形胞的形態(tài)和作用 已知的固氮藍(lán)藻除少數(shù)種類外 都是絲狀體 固氮藍(lán)藻在無化合態(tài)氮的條件 下進(jìn)行光合自養(yǎng)生長時(shí) 通過絲狀體中的營養(yǎng)細(xì)胞分化成異形胞進(jìn)行固氮 主要 過程由固氮酶完成 藍(lán)藻的固氮酶 n i 曲g c n 嬲e 包括多個(gè)固氮蛋白復(fù)合體i 刈 固氮 酶復(fù)合體包括2 個(gè)蛋白 固氮酶 d i n i 訂o g e n a s c 和固氮酶還原酶 d i n i 們g e i l a s e 積氈c l a s 0 固氮酶 2 參2 是1 個(gè)異源四聚體 分子量約為2 2 0 2 4 0 k d 伐亞基和p 亞基 分別由喲曰和雅拶湛因編碼 3 5 固氮酶還原酶是1 個(gè)單酶 分子量約為6 7 7 政d 在調(diào)節(jié)電子從電子供體到固氮酶的傳遞方面起作用 由雅雅因編碼 除了這三個(gè) 喲結(jié)構(gòu)基因 還有很多的基因與固氮過程和調(diào)節(jié)固氮有關(guān) 固氮酶在將分子氮還 原為n 量主3 的過纛是1 個(gè)高度吸能反應(yīng) 需要a 卯作為代謝熊量 這一反應(yīng)伴隨著將 質(zhì)子h 還原為h 2 6 北京化工大學(xué)碩士學(xué)位論文 n 2 8 r 十8 e 1 6 a t p 2 n h 3 十 b 1 6 a d p 1 6 p i 固氮酶對(duì)氧氣高度敏感 所以許多固氮生物被限制生活在適合它們的厭氯微 生態(tài)環(huán)境p 6 而產(chǎn)氧的藍(lán)細(xì)菌不得不演化 采取方法保護(hù)固氮酶的活性不受到自 身代謝產(chǎn)生的氧破壞 有的可進(jìn)化成一種產(chǎn)氧光合作用和固氮作用在時(shí)聞上進(jìn)行 分離 白天進(jìn)行光合作用 晚上進(jìn)行固氮作用 3 7 然而 許多早期的絲狀體藍(lán)細(xì) 菌可以演化 它們中間小部分細(xì)胞分化形成異形胞 營造合適的厭氧微環(huán)境 專 一行使圍氮作用 3 引 在形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理功能上 異形胞有以下明顯特點(diǎn) 異形胞體積通常比藻絲 的營養(yǎng)細(xì)胞稍大 也有的無明顯差異或較小 胞壁外有明顯增厚麗形成包被 在 電鏡下觀察可看出增厚的包被分為3 層 內(nèi)層為糖脂層 中闖層為多糖層 井層為 較為疏松的多糖層 3 9 外層的富集是最早的形態(tài)上的變化 然后才是中聞層 最 后是內(nèi)層 胞外的外包被層 特別是糖脂層 降低了氣體向異形胞中的擴(kuò)散 有 利于維持細(xì)胞內(nèi)的厭氧環(huán)境 異形胞綱胞的兩極特別增厚 并形成一狹細(xì)孔道與相鄰細(xì)胞相通 從兩獲得 還原力和碳素營養(yǎng) 細(xì)胞質(zhì)中的顆粒狀物質(zhì)溶解消失 光鏡下觀察呈均質(zhì)狀態(tài) 細(xì)胞常呈淡黃綠色或呈透明狀 異形胞內(nèi)不會(huì)藻膽素 但仍含葉綠素a 異形胞內(nèi) 原有的類囊體破碎 形成新的膜結(jié)構(gòu) 在細(xì)胞中呈網(wǎng)狀排列 彼此密貼或纏繞成 螺旋狀 成熟異形胞中的類囊體常集中在細(xì)胞的兩端 形成半晶狀的晶格結(jié)構(gòu) 后期破裂 在兩端形成折光性較強(qiáng)的極球1 4 0 異形胞中的核物質(zhì)不集中在細(xì)胞的 中央?yún)^(qū)域 而是在細(xì)胞中呈漫散均一狀態(tài) 圈l 34 0 傣光學(xué)顯微鏡一f 水華束絲藻藻絲體中異形胞 f 迫 1 3h e t e r o c y s tc d l s 柚dv e g e t a 紅v ec c l l so f 卻辦靠 l 泐m 刪繃兒峪一露g 凇p 由圖1 3 可見 水華束絲藻中異形胞形態(tài)較規(guī)則 胞內(nèi)顆粒狀物質(zhì)基本不可見 7 墓藝寨化工大學(xué)矮 學(xué)經(jīng)論文 光折射率較高 細(xì)胞壁明顯增厚 邊緣光滑 一般在藻絲體中間出現(xiàn) 異形胞在生理功能主僅具光系統(tǒng)l p s1 麗不具能放氧的光系統(tǒng) i p s1 1 異形胞離體呼吸速率較高 約為2 3 0 p l 蹦 m g n 婦 而藻絲體內(nèi)營養(yǎng)細(xì)胞的呼吸速 率為15 9 4 止蝴g n h r 4 l l 異形胞不能圃定碳 所需碳化合物需從鄰近的營養(yǎng)細(xì) 胞獲得 且一經(jīng)形成就不再分裂 衰老的異形胞常從藻絲上斷離 不久即瓦解 但某些種類異形胞可以萌發(fā)產(chǎn)生新的藻體 有些種類異形胞與厚壁孢子的形成可 能有關(guān) 從而影響藻細(xì)胞的生長繁殖 異形胞常將藻絲分隔為藻殖段 而且藻絲 極易從異形胞處斷離 每個(gè)藻殖段均可發(fā)育成一個(gè)新藻體 由此表明它在藻絲進(jìn) 行藻殖段營養(yǎng)繁殖上有重要作用 1 3 2 異形胞中的生物代謝 在培養(yǎng)基中缺乏化合態(tài)氮源的條件下 藍(lán)細(xì)菌絲狀體上大約有5 1 0 的細(xì)胞分 化成異形胞f 4 2 1 為營養(yǎng)細(xì)胞提供足夠的氮源 以維持整個(gè)菌絲體的正常生長 同 時(shí)營養(yǎng)細(xì)胞也會(huì)將生成的碳水化合物h 3 1 提供給異形胞 兩個(gè)不同類型的細(xì)胞在絲 狀體上相互依存 因此 異形胞對(duì)絲狀體可固氮藍(lán)細(xì)菌的生長非常重要 圖1 4 異形胞中的主要代謝途徑和營養(yǎng)輸送 f i g 1 4c 矧b o n h y d 婦t em e 協(xié)1 b o l i s mi nh e t 甜o c y s t s 粕dt h ee x c h a l l g eo f c o m p o u n d sb e 時(shí)e e i l k 睡o c y s t s 鑫靛dv e g e 鋤v ec e l l s 異形胞在形成過程中可以誘導(dǎo)產(chǎn)生蛋自酶 矧 這些蛋白酶可以降解藻膽蛋白和 一些固定二氧化碳的酶類 異形胞中還可誘導(dǎo)產(chǎn)生氫化酶和氧化戊糖途徑中的酶 8 北京化工大學(xué)碩士學(xué)位論文 類 并產(chǎn)生谷氨酰胺合成酶及谷氨酰胺合成酶的運(yùn)輸系統(tǒng) 對(duì)魚腥藻的基因研究證實(shí) 營養(yǎng)細(xì)胞中的碳源以蔗糖的形式運(yùn)送到異形胞 其中編碼蔗糖合酶的葶l 蒯基因附 在圈氮生長的條件下逯常以較低的水平表達(dá) 其 它類型的運(yùn)送方式尚不清楚 細(xì)胞色素c 氧化酶參與的呼吸作用在異形胞中發(fā)揮著 重要的作用 可以為氮?dú)夤潭ㄌ峁゛ r p 并且可以為異形胞創(chuàng)造一個(gè)微氧的環(huán)境 伺 在大多數(shù)藍(lán)細(xì)菌中藻青素是氮源的儲(chǔ)存物泌強(qiáng) 但藻青素的代謝對(duì)于有氧條件下的 生長不是必須的 藻青素也是異形胞向其它營養(yǎng)細(xì)胞輸出氮源的方式之 其輸 出形式尚不清楚 1 3 3 異彩臆發(fā)育的調(diào)控 異形胞的發(fā)育涉及到藍(lán)細(xì)菌對(duì)細(xì)胞外界氮源缺乏信號(hào)的感應(yīng) 對(duì)胞內(nèi)生理或 者細(xì)胞周期信號(hào)的感應(yīng) 以及菌絲體上細(xì)胞之間的交流 在藍(lán)細(xì)菌中 氮代謝途 徑最關(guān)鍵的步驟是谷氨酰胺合成酶 g s 和谷氨酸合成酶 g o q 螺 催化的反應(yīng) 即 g s g o g a t 循環(huán) 而藍(lán)細(xì)菌中因?yàn)槿鄙? 酮戊二酸脫氫酶 刪 其三羧酸循環(huán)不完 全 生成的2 酮戊二酸作為碳架直接參與谷氨酸的合成 所以 2 酮戊二酸作為一 個(gè)重要的中間代謝產(chǎn)物將生物體中碳氮代謝有視的結(jié)合在一起 玨戎r 可能是最早調(diào)控異形胞發(fā)育的調(diào)控因子 也是異形胞發(fā)育的關(guān)鍵調(diào)控因 子 缺乏五既r 基因的突變體不能發(fā)育形成異形胞 4 引 e 坎基因的超表達(dá)則能提高菌 絲體在缺氮條件下異形胞形成的效率 并出現(xiàn)多個(gè)異形胞串連的表型 甚至在有 化合態(tài)氮源的條辭下 也可以形成異形胞 研究證實(shí) h 根是一種不太常規(guī)的絲 氨酸蛋白酶 嗍 可以自我降解 也可能降解其它的蛋白質(zhì) h e t r 是 種d n a 結(jié)合蛋 白 h e t r 的二聚體是d n a 結(jié)合所需要的i 硎 h e t r 可以與j i l p 吠 j j l 卅和p 口艘基因的 啟動(dòng)子結(jié)合 這意昧著這些基因的表達(dá)可能受到h 積的直接調(diào)控 在藍(lán)細(xì)葛私巍療施勰曩p c e 7 1 2 0 中 培養(yǎng)基申氮源的缺失可以誘導(dǎo)j i g 緩基因的表 達(dá) 缺氮后1 至2 小時(shí)內(nèi) j i l e 齷基因開始大量表達(dá) 3 5 小時(shí)內(nèi)即可發(fā)現(xiàn)矗e 緩基因在一 些間隔的細(xì)胞內(nèi)大量表達(dá) 這些細(xì)胞即是正在分化的異形胞 研究表明j 矗p f r 具有 正向的自我調(diào)控功能 而且j i l g 綻的表達(dá)受囂地墨的正調(diào)控 翻 受到磊g 掰豹超量表達(dá)抑 制 在氮源缺失的條件下 五锨和囂別的表達(dá)是一種相互依賴的關(guān)系 固氮酶結(jié)構(gòu)基因柵懈的表達(dá)是在異形胞的發(fā)育過程中受到調(diào)控 5 除了缺 氮和無氧的環(huán)境能引起它的表達(dá)外 還需要有異形胞發(fā)育的完成或部分完成 在 有氧條鋒下 通常只有在異形胞完成形態(tài)發(fā)育后才能表達(dá) 由此可見 細(xì)菌纓胞 中有高度的組織性 不同的過程發(fā)生在一定的時(shí)候 碳元素和氮元素作為生物體 中兩大重要元素 不同的代謝過程必然有一定的相關(guān)性 9 北京化正大學(xué)碩士學(xué)位論文 1 4 碳代謝與氮代謝的相互作用 碳元素和氮元素是植物體內(nèi)兩大重要元素 其代謝是植物體內(nèi)最主要的代謝 過程 藍(lán)藻的特點(diǎn)是既能利用無機(jī)碳 有機(jī)碳 又熊利用空氣中的氮和結(jié)合態(tài)氮 情況更為復(fù)雜 碳氮代謝都需要消耗來自于c 0 2 同化和電子傳遞鏈的有機(jī)碳和能 量 因此關(guān)系非常密切 從總體上番 光合碳代謝為氮代謝提供能量和碳架 氮 素代謝同碳素代謝競爭光反應(yīng)生成的同化力及其代謝的中間產(chǎn)物 溉 筍 m 警l e 弱 鐮 鑣 圈l 5 藍(lán)細(xì)菌碳氮兀素代謝相互作用 f 醵l 5i l l t e 媳c t i sb e 魄e 瓤n i 的g 黜a n dc 煳m e t a b o l i s m 虹c y a n o b a c 矧a 光合碳代謝一方面通過光合鏈提供還原劑 一方面通過光合代謝產(chǎn)物提供還 原劑 從氮代謝的整個(gè)過程看 從n 0 3 還原成n 0 2 一需要由n a d h 提供兩個(gè)電子 n 加h 主要來自于光合碳代謝 而n 0 2 還原成n h 4 所需的6 個(gè)電子直接來源于光 反應(yīng)形成的還原f d 與二氧化碳同化競爭光和電子 從氨離子到谷氨酰胺再到谷 氨酸的轉(zhuǎn)化 不僅需要期限和還原f d 而且需要僅酮戊二酸作碳架 生物體中無機(jī)氮代謝消耗同化力 同時(shí)利用c 0 2 同化產(chǎn)物作為氨基受體形成 l 匕哀化工大學(xué)碩士學(xué)位論文 有機(jī)的碳一氮化合物 因此氮代謝可在兩個(gè)水平上影響c 0 2 的同化 方面通過 參與還原力和筒m 的競爭 降低c 0 2 同化的速率 另 方面 氨同化中消耗a 酮 戊二酸會(huì)減少c 0 2 同化產(chǎn)物 1 5 本論文的主要內(nèi)容 由水體富營養(yǎng)化引起的水體水華是目前世界各國箍臨的重要環(huán)境闖題 大規(guī) 模的藍(lán)藻水華降低了水資源利用效能 引起嚴(yán)重的生態(tài)破壞及巨大的經(jīng)濟(jì)損失 焉藍(lán)藻毒素的產(chǎn)生給公眾健康帶來極大隱患 水華束絲藻因具有異形胞可進(jìn)行固 氮 p h 適應(yīng)范圍廣 生長溫度偏低麗常為春秋季淡水水域水華的主要藻種 研究 無楓碳代謝對(duì)氮代謝的影響并由此得出不同條件下異型胞的形成 不僅對(duì)藍(lán)藻的 生命機(jī)理有重要的理論意義 更在控制水體水華秘藍(lán)藻固氮利用等方面有廣泛的 應(yīng)用價(jià)值 本文選擇水華束絲藻9 4 3 為主要研究對(duì)象 利用生理學(xué) 生物化學(xué)和生化工程 的方法和手段 從細(xì)胞水平和分子水平研究藍(lán)藻光合碳代謝對(duì)細(xì)胞氮代謝的影響 和相互作用關(guān)系 以及環(huán)境因子對(duì)藍(lán)藻細(xì)胞的生長分化作用 最后采用小球藻和 三角褐指藻這兩種經(jīng)濟(jì)藻種來探討結(jié)論在工業(yè)生產(chǎn)中的理論指導(dǎo)作用 其中具體 的研究內(nèi)容如下 1 以水華束絲藻9 4 3 為研究對(duì)象 研究不同生長條件對(duì)該藻種生長繁殖的影 響 以獲得最佳生長條件 為下一步的反應(yīng)器中培養(yǎng)確定依據(jù) 2 在反應(yīng)器中對(duì)水華束絲藻進(jìn)行培養(yǎng) 改變無機(jī)碳的供給量 探討光合碳代 謝對(duì)氮代謝途徑和細(xì)胞分化的影響 3 以小球藻和三角褐指藻為研究對(duì)象 探討在不同無機(jī)碳源條件下對(duì)氮源的 利用和對(duì)最終收率的影響 j 藝京化工大學(xué)碩士學(xué)位論文 2 1 藻種 第二章材料與方法 所用藻神水華束絲藻9 4 3 由中國科學(xué)院水生生物所提供 2 2 培養(yǎng)方法 2 2 培養(yǎng)基 水華束絲藻及小球藻培養(yǎng)基 b g l l 培養(yǎng)基 將各種營養(yǎng)成分分別配制成儲(chǔ)液 4 保存 使用時(shí)將各儲(chǔ)液按比例混合 表2 1b g ll 儲(chǔ)餐液組成成分和每井工作液的配比 s t o c k ls t o c l 2s t o c l 3s t o c k 4 s t o c k 5 2 m l5 0 m l 2 m ll 棚l m l 按比例配制好后 補(bǔ)加去離子水到l l 調(diào)p h 值為7 5 其中無氮的8 g ll 培養(yǎng)基 組成為取同質(zhì)量的n 妃l 取代儲(chǔ)冬液中n a n 0 3 三角褐指藻培養(yǎng)基 加富的人工海水培養(yǎng)基 表2 崆人工海水培養(yǎng)基的配制方法 m o l w t m o l 囂 簸e 鼴燃i 細(xì)0 1 ls o l 戚 鼓 n a c l5 8 甜 o 3 2 6 7 n a 2 s 0 4 k c l 1 4 2 湃 7 4 5 6 o 0 2 5 0 o 0 0 8 0 2 1 1 9 3 9 3 5 5 0 0 o 5 9 9 3 n a h c 0 3 8 4 o o o 0 0 2 l o 1 7 3 5 1 3 北京純正大學(xué)碩士學(xué)位論文 表2 3 舵加富溶液營養(yǎng)元素 微鬣元素和維生素儲(chǔ)備液的配制方法 2 2 2 藻種的純化 在b g l l 液體培養(yǎng)基中加入1 5 之 o 的瓊脂粉 高溫滅菌 冷卻詹倒入消毒 的培養(yǎng)盟中 制成平板 在超凈臺(tái)將待分離的藻液通過涂布或者劃線的方法接種 于平板上 然后靜止于光照培養(yǎng)箱內(nèi)在適宜溫度下培養(yǎng)到出現(xiàn)單藻落 北京化工犬學(xué)碩 上學(xué)位論文 2 2 3 藻細(xì)胞的搖床培養(yǎng) 在無菌條件下 將適量藻液接入盛有l(wèi)o o m l 培養(yǎng)液的2 5 0 m l 搖瓶中 初始接 種濃度一般為1 0 6 個(gè)枷 接種后 將藻液置予h z q q 光照搖床中培養(yǎng) 搖床轉(zhuǎn) 數(shù)為l o 鉚腑 光源由4 0 w 目光燈提供連續(xù)光照 溫度根據(jù)需要由搖床控制 瓶囂 處光照強(qiáng)度為6 2 岬o lp h o t o nm 乏妒1 2 2 4 藻細(xì)胞的氣升式反應(yīng)器培養(yǎng) 該反應(yīng)器為內(nèi)環(huán)流式氣升光生物反應(yīng)器 總體積力2 5 l 有效體積為2 o l 反應(yīng)器由罐體 取樣管 氣體分鴦器等部分組成 反應(yīng)器溫度由水浴通過循環(huán)水 控制 光照由安裝在罐體前后的光源板提供 每塊光源板上橫向平行排列六支日 光燈管 通過控制面板的開關(guān) 可改變罐體表面接收光強(qiáng) 空氣由微型氣泵提供 通氣量和二氧化碳濃度通過氣體流量計(jì)控制 二氧化碳與空氣定量混合后 通過 孔徑為o 2 岬的空氣過濾器除菌后進(jìn)入進(jìn)氣管 通過氣體分布器分散為均勻細(xì)小 的氣泡 進(jìn)入罐內(nèi) 2 3 試劑及分析測(cè)試儀器 實(shí)驗(yàn)中所用的分析測(cè)試儀器如下表 表2 0 實(shí)驗(yàn)中常用儀器列表 儀器名稱規(guī)格廠家 光照搖床 氣升式光生物反應(yīng)器 電子天平 p h 計(jì) 冷凍離心機(jī) 氧電極 光學(xué)顯微鏡 分光光度計(jì) 超聲破碎儀 光合有效輻射計(jì) h z q q 2 5 l r 2 0 0 4 d e l t a 3 2 q n e o 兔g e1 5 r d w 2 趁 b k 3 7 2 3 n l n 9 2 2 d f g h 1 l s 東聯(lián)電子技術(shù)開發(fā)有限公司 上海精密科學(xué)儀器有限公司 m 甜l e f t d e d o h e a l f o 愆e 英國h a 輜基e 如儀器公司 奧特光學(xué) 上海精密科學(xué)儀器有限公司 寧波新芝科器研究所 北京師范大學(xué)光電儀器廠 能京純王大學(xué)嬡 學(xué)位論文 實(shí)驗(yàn)中使用無機(jī)鹽和常用化學(xué)試劑為國產(chǎn)分析純?cè)噭?2 4 生理指標(biāo)的測(cè)定及常規(guī)分析 2 4 1 細(xì)胞干重 取相同培養(yǎng)條件下不同生長時(shí)期的藻細(xì)胞l o m l 置于已知重量的離心管中 1 2 0 0 0 印m 離心 棄上清 沉淀用去離子水洗滌重懸浮后再離心