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海带(Laminaria japonica)绿烂病的细胞学和生理学研究

王丽丽

  本文在实验生态条件下,模拟了海带绿烂发生的过程,利用生物化学方法及电镜技术研究了海带幼苗对绿烂病的生理生化响应及在绿烂发小过程中海带幼苗细胞超微结构的变化和Ca~(2+)定位分布的动态,以期为进一步揭示海带绿烂发生的机制和采取有效的防治措施提供理论依据。海水取自青岛鲁迅公园附近海域,经孔径0.45μm醋酸纤维滤膜抽滤后,用于海带幼苗的培养。培养温度控制在10±1℃,光照强度为3,500Lx。在培养过程中充气,换水,添加营养盐。海带幼苗在培养过程中自然绿烂,第3天便出现轻微绿烂症状,随着培养的进行,绿烂程度越来越明显,到第12天绿烂严重,伴有大量幼苗的脱落。在培养的初始(0天)取样为健康海带材料,然后每隔3天取一次样。每组实验重复3次。在整个实验过程中跟踪海带生理生化代谢的变化,发现:在海带幼苗由健康到绿烂的过程中,海带可溶性糖、可溶性蛋白的含量均呈现下降趋势;总抗氧化能力和超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)活性的变化表现出一致的规律性,即先升高后降低;苯丙氨酸转氨酶(phenylalanina ammonia-lyse,PAL)活性总体为下降趋势;多酚氧化酶(polyphenol oxidase,PPO)活性先升高后降低;多酚含量逐渐下降,且统计分析表明PPO活性与多酚含量(前12天)呈显著负相关(r=-0.619,p=0.014)。这说明PPO在酚类化合物的氧化中确实起了重要的作用。我们认为SOD活性和PPO活性的综合表现,可以作为指示海带绿烂的生物学指标。绿烂发生初期两者都是稳中有升,随绿烂发生的进程,两者又逐渐降低。SOD比PPO对绿烂的发生敏感,绿烂过程中的SOD酶系统响应先于PPO酶系统,SOD活性先增强,然后降低,随后PPO的活性出现急剧升高再降低的规律性变化,其变化稍滞后。SOD活性和PPO活性的联合使用可更有效地指示海带绿烂病发生和发展过程,从而为海带绿烂的监控和预防提供更有意义的指导。海带(Lamin~少即口nica)绿烂病发生的细胞学和生理学研究实验对海带幼苗绿烂过程中细胞超微结构的变化进行了观察,结果显示:海带幼苗细胞的色素体是最早发生变化的细胞器,细胞核次之,线粒体则表现得相对稳定。可见,海带幼苗细胞中色素体对绿烂最为敏感,这种敏感性可能是导致海带绿烂时发生组织坏死的直接诱因之一。同时,细胞壁的降解及细胞膜的破碎也为病菌的入侵创造了条件。Ca2+是一种重要的矿质营养元素,而且也是植物体内唯一被证实的作为祸联胞外信号与胞内生理生化反应的第二信使。己知胞质中C扩十浓度的改变是植物细胞感受并转导外界逆境刺激信号的一个中心环节。为进一步阐明海带绿烂发生的机理,本章采用焦锑酸钾沉淀法,跟踪观察了海带幼苗绿烂病发生过程中细胞膜内外ca2+定位分布的动态,初步探讨了Ca2+在绿烂过程中的信号转导作用。实验表明,在正常情况下,细胞内胞质中的ca2+水平很低,在细胞壁中存在着大量的ca2+。海带幼苗绿烂发生过程中,细胞壁上疏松结合的Ca2+显示出内流趋势,随壁的降解,其浓度逐渐降低;细胞膜上的ca2+逐渐增多;核内ca2+分布减少。同时又设两组实验,在海带幼苗的培养过程中向培养液中分别加入细胞膜钙离子通道抑制剂氯化斓(LaC13)、鳌合剂EGTA,观察幼苗细胞反应和胞膜内外钙离子的分布动态。发现:培养液中加入La3+后细胞壁上caZ+分布逐渐减少,最明显的特征是ca2+大量积累在细胞膜上或膜外表面,ca2+内流的过程被阻断, ca2+不能发挥其应有的作用,从而加速了海带绿烂进程。EGTA使海带的生长受到明显抑制,藻体小于其他处理同时期的藻体,柄部发白,藻体褐色褪去变为黄绿色。初期细胞壁上有较多ca2+,这与EGTA鳌合ca2+将结合ca2+大量析出有关。随实验进程,细胞壁上大量ca2+被鳌合掉,壁上ca2+分布减少。胞外ca2+内流减少,从而使细胞无法对外界胁迫做出响应,造成细胞正常代谢紊乱,细胞分解。ca2+信使系统被La3+、EGTA阻断后,给海带幼苗的生长带来了严重影响,这说明Ca2+在海带幼苗绿烂时的整个信号传导过程中发挥了重要作用。越来越多的研究表明,外源ca2+处理能提高植物组织或细胞的多种抗逆性。据此我们推测,在海带育苗水系中适当提高ca2+浓度或加入适量ca,+载体(如A23,87),促使ca2+运转到细胞内,发挥ca2+在植物一一海带(Lamin~少只p口nica)绿烂病发生的细胞学和生理学研究病原菌互作中的信号传导作用,从而可有效地预防海带幼苗绿烂的发生‘,……   
[关键词]:海带;绿烂病;SOD;PPO;超微结构;Ca~(2+)分布
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:中国海洋大学2003年