宮慶禮, 王 鵬, 王曉艷, 劉 巖
(中國海洋大學水產(chǎn)學院,山東 青島 266003)
?
溫度對裙帶菜幼孢子體抗氧化系統(tǒng)的影響*
宮慶禮, 王 鵬, 王曉艷, 劉 巖**
(中國海洋大學水產(chǎn)學院,山東 青島 266003)
以裙帶菜(Undariapinnatifida)幼孢子體為材料,測定了不同溫度(12、20、24和28 ℃)培養(yǎng)下,藻體抗氧化系統(tǒng)變化情況。與對照組(12 ℃)相比,高溫會導致活性氧含量上升,并伴隨藻體抗氧化酶活性和抗氧化物含量的變化。當裙帶菜處于12 ℃時,機體總抗氧化能力保持恒定。當遭受較輕程度高溫環(huán)境時(20 ℃),藻體ROS平衡被打破,機體內(nèi)O2-、H2O2等活性氧物質(zhì)迅速積累,36 h達到峰值,同時抗氧化系統(tǒng)中的SOD活性上升,將O2-轉(zhuǎn)化為H2O2。由于損傷較輕,藻體僅依靠原有的抗氧化力及9 h內(nèi)大量合成的AsA緩慢清除H2O2。CAT和POD活性以及GSH含量未見上升。當溫度損傷增加時(24 ℃),為了盡快修復藻體,POD活性3 h內(nèi)急劇上升,同時GSH和AsA迅速合成,在較短時間內(nèi)控制H2O2含量。隨后CAT活性逐漸上升,完成后期修復工作。若溫度超過藻體耐受限度(28 ℃),將造成多種抗氧化酶失活。36 h內(nèi)MDA大量積累,質(zhì)膜通透性降低,細胞內(nèi)ROS與抗氧化物外流,最終導致藻體死亡。結(jié)果表明,抗氧化系統(tǒng)調(diào)節(jié)對于裙帶菜幼孢子體適應不同環(huán)境溫度起到了重要作用。這種依機體損傷程度而改變的抗氧化機制,可以更快速、更節(jié)能、更有效地修復藻體所受損傷。本結(jié)果為進一步解釋裙帶菜廣泛分布原因、研究裙帶菜應對不適環(huán)境條件機制及培育耐高溫品系裙帶菜提供一定科學依據(jù)。
裙帶菜; 幼孢子體; 溫度; 抗氧化系統(tǒng)
溫度是影響微藻與大型海藻生長分布及生理功能的重要環(huán)境因素之一。隨著全球氣候變暖,溫室效應導致的海水溫度升高對海藻生活狀況的影響成為研究的熱點。已有研究報道了溫度對海帶(Saccharinajaponica)[1-3]、羊棲菜(Sargassumfusiforme)[4]、鼠尾藻(S.thnnbergi)[5]、龍須菜(Gracilarialemaneiformis)[6]的生長、發(fā)育以及繁殖過程造成不同程度的影響。
先前的研究認為,抗氧化系統(tǒng)在應對不適環(huán)境對海藻造成的損傷中起重要作用。海藻在遭受自然環(huán)境變化影響時會產(chǎn)生超出正常范圍的活性氧(ROS),Apel等發(fā)現(xiàn),每次短暫的熱刺激都能增加ROS的產(chǎn)生,其中超氧陰離子(O2-)、過氧化氫(H2O2)被認為是ROS中最為重要的組成部分[7],這些ROS會對機體及細胞造成損傷。膜脂過氧化產(chǎn)物丙二醛(MDA)可以作為細胞膜損傷的標志物。不利的環(huán)境條件下海藻會啟用抗氧化系統(tǒng)清除過多的氧自由基,保護機體免受損傷。抗氧化系統(tǒng)包括抗氧化酶和抗氧化物,抗氧化酶主要有超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)、過氧化氫酶(CAT)等;抗氧化物包括抗壞血酸(AsA)、還原型谷胱甘肽(GSH)等。整個抗氧化系統(tǒng)的抗氧化能力用總抗氧化能力(T-AOC)表示,T-AOC可以直觀全面的展示植物體對環(huán)境的抗逆性[8]。已有報道研究了溫度對不同海藻的抗氧化系統(tǒng)影響,如溫度升高會引起海帶配子體MDA上升[9];高溫脅迫使龍須菜體內(nèi)抗壞血酸等抗氧化物含量升高,并引起多種抗氧化酶活性的變化[6];溫度升高造成條斑紫菜(Prophyrayezoensis)絲狀體的POD活性下降[10]。
裙帶菜(Undariapinnatifida),是西北太平洋特有的暖溫帶海藻,廣泛分布于中國、日本和朝鮮半島[11-12]。目前裙帶菜是中國、日本和韓國的重要經(jīng)濟養(yǎng)殖海藻之一[12]。除了食用之外,裙帶菜還廣泛應用于工業(yè)[11]、食品[13]、醫(yī)藥[14]等領(lǐng)域,并且在海洋環(huán)境修復方面也起著重要的作用[15]。王萌等研究了高溫對裙帶菜配子體葉綠素a、脯氨酸及丙二醛含量和POD活性的生理影響[16]。
目前裙帶菜已經(jīng)入侵歐洲和大洋洲,這種廣泛分布的特點一定與很多適應環(huán)境的機制有關(guān),本文主要研究抗氧化系統(tǒng)在藻體適應溫度中的作用。裙帶菜以配子體的形式度夏,與配子體和成體相比,幼孢子體時期裙帶菜對環(huán)境最為敏感,對不適環(huán)境抵抗能力最弱。孢子體出庫下海初期,環(huán)境由室內(nèi)轉(zhuǎn)為室外,海區(qū)水溫波動較大,會對幼孢子體的存活、生長產(chǎn)生重要影響。根據(jù)“短板”效應,裙帶菜幼孢子體對溫度的耐受性很大程度上決定了該物種的分布。因此研究幼孢子體時期裙帶菜抗氧化系統(tǒng)對不同溫度的響應,可以進一步解釋裙帶菜廣泛分布的原因。
本文以養(yǎng)殖裙帶菜幼孢子體為材料,研究了不同溫度處理條件下裙帶菜幼孢子體活性氧、抗氧化酶和抗氧化物在168h內(nèi)的變化情況,為進一步研究裙帶菜應對不適環(huán)境條件機制及培育耐高溫品系裙帶菜提供一定科學依據(jù)。
1.1 樣品采集
于2013年11月自青島膠州灣(36°06′53.58′′N;120°18′42.06′′E) 采集養(yǎng)殖裙帶菜苗繩,于低溫、陰暗條件下將裙帶菜幼孢子體迅速帶回實驗室。將裙帶菜幼孢子體沿附著基切下,置于海水循環(huán)系統(tǒng)(500 L的1/4PESI培養(yǎng)液)中充氣暫養(yǎng)3 d,以便藻體切口處愈合。暫養(yǎng)水溫為12 ℃(同采集地水溫),光照強度90 μmol·m-2·s-1,光周期12L∶12D。
1.2 溫度實驗
選取狀態(tài)良好且長勢均一的裙帶菜幼孢子體(全長(4.0±1.0)cm),分散放置于實驗水槽中,水槽中添加18L 1/4PESI培養(yǎng)液,培養(yǎng)密度約為0.2 g/L。將水槽放置于光照培養(yǎng)箱(GXZ-280D,寧波江南儀器廠)中,充氣培養(yǎng)7 d,每3 d更換培養(yǎng)液。以采集地水溫12 ℃作為對照,另外設(shè)置3個溫度處理(20、24和28 ℃),培養(yǎng)條件為光照90 μmol·m-2s-1,光周期12L∶12D,每個處理3個平行。分別于不同溫度下培養(yǎng)3、6、9、12、24、36、48、60、72、96、120、144和168 h時從各處理組水槽中取樣,液氮速凍后于-80 ℃保存,用于各項抗氧化活性指標的測定。
1.3 抗氧化分析
以超氧陰離子(O2-)、過氧化氫(H2O2),以及丙二醛(MDA)作為活性氧損傷指標,以超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)以及過氧化氫酶(CAT)作為抗氧化酶指標,以還原型谷胱甘肽(GSH)和抗壞血酸(AsA)作為抗氧化物指標。
MDA含量用硫代巴比妥酸法(TBA)[19]測定;抑制與產(chǎn)生超氧陰離子自由基測試盒用于測定O2-含量;過氧化氫測試盒用于測定H2O2含量;植物銅鋅超氧化物歧化酶測試盒用于測定SOD活性;過氧化物酶測定試劑盒(測組織)用于測定POD活性;過氧化氫酶測試盒(可見光)用于測定CAT活性;還原型谷胱甘肽測試盒用于測定GSH含量;維生素C測試盒用于測定AsA含量;總抗氧化能力測試盒用于測定T-AOC。
以上植物組織試劑盒均購自南京建成生物工程研究所,使用紫外分光光度計(U-2900,Hitachi High-Technologies)測定吸光值并計算其含量或活力。
1.4 數(shù)據(jù)處理
用統(tǒng)計軟件SPSS 17.0分析不同溫度及不同時間藻體的活性氧含量、抗氧化酶活性以及抗氧化物含量間差異是否顯著。以Schffe’s多重比較分析不同溫度處理與對照組的差異性,當P<0.01時認為差異顯著。
本實驗中,不同溫度組藻體生長狀況明顯不同:對照組(12 ℃)藻體葉片健康完整,始終保持茶褐色;20 ℃組和24 ℃組,葉片顏色從頂端開始發(fā)生不同程度變淺;28 ℃組藻體隨培養(yǎng)時間延長葉片色澤逐漸變淺,尖端衰退,培養(yǎng)48 h時全部死亡。
圖1表示在不同溫度下培養(yǎng)168h期間,藻體中O2-、H2O2及MDA含量的變化。12 ℃下藻體中O2-、H2O2及MDA含量基本保持穩(wěn)定。20 ℃與24 ℃時,處理3 h,藻體中O2-含量分別高達對照組的3.15和3.65倍,20 ℃組在36 h時達到最高值而24 ℃組在9 h便達到峰值,分別為對照組的4倍與4.35倍,之后逐漸下降,60 h時均出現(xiàn)最小值,培養(yǎng)168 h后兩處理組均顯著高于對照組。28 ℃組O2-含量始終低于對照組。20 ℃下,H2O2含量在9~36 h間顯著高于對照組,36 h出現(xiàn)最高值,為對照組4.4倍,之后逐漸下降并保持平穩(wěn)。24 ℃下H2O2含量與對照組間沒有顯著差異。28 ℃組的H2O2含量始終低于對照組。20 ℃組與24 ℃組中MDA含量均在9 h達到最高值,分別為對照組的2.62倍和2.1倍,之后逐漸下降,168 h后與對照組無顯著差異。28 ℃下,MDA含量在24 h內(nèi)迅速上升且顯著高于對照組,24 h時達到峰值,為對照組3.62倍,之后開始下降。
圖2表示藻體抗氧化酶活性在不同溫度下的變化情況。12 ℃下SOD活性有逐漸上升的趨勢,168 h時為3 h的1.53倍。20與24 ℃下,藻體SOD活性在36 h內(nèi)顯著高于對照組,之后逐漸下降。28 ℃下SOD活性顯著下降,甚至出現(xiàn)負值。12 ℃下CAT活性逐漸降低,96 h后接近零水平。20與28 ℃下CAT活性變化不大,與對照組無顯著差異。24 ℃下CAT活力與12 h后顯著高于對照組,并呈上升趨勢,60 h時達到峰值。12、20及28 ℃下POD活性很低,接近零水平。而24 ℃下僅在處理3 h后POD活性便顯著高于對照組,為對照組的39.8倍,之后逐漸下降,于60 h時突然上升,并始終顯著高于對照組。
(表示與對照組(12 ℃)差異顯著(P<0.01)。means significant difference between treatment groups (20, 24, 28 ℃) and control group (12 ℃).)
圖1 不同溫度處理下裙帶菜幼孢子體活性氧和MDA含量隨時間的變化
Fig.1 Contents of ROS and MDA for Undaria pinnatifida at different temperature. Asterisk
圖3表示抗氧化物含量在不同溫度下的變化情況。12 ℃中藻體GSH和AsA含量基本穩(wěn)定。20與28 ℃下藻體GSH含量與對照組無顯著差異。當培養(yǎng)溫度為24 ℃時,藻體GSH含量迅速上升,6 h達到峰值,為對照組的5.35倍,之后逐漸下降,36 h內(nèi)顯著高于對照組,48 h后與對照組無顯著差異。12 ℃下,藻體中AsA含量波動較大,于9、60及120 h出現(xiàn)3個峰值,但相互之間差異不大。20和24 ℃下,AsA含量在短時間內(nèi)急劇上升,于9h達到峰值,分別為對照組的2.02和3.16倍,之后迅速下降,20 ℃組于12 h時恢復,而24 ℃組于36 h時恢復。28 ℃組AsA含量始終低于對照組。
圖4表示總抗氧化能力在不同溫度中的變化。對照組T-AOC水平在前12 h較高,之后基本穩(wěn)定,低于20 U·mgpro-1。20 ℃組中,T-AOC水平在9 h達到峰值,為對照組2.08倍,之后逐漸下降至正常水平。24 ℃組的T-AOC水平在培養(yǎng)9h內(nèi)迅速增加,達到峰值(約為對照組的4.15倍)后逐漸下降,36 h后與正常水平相近。28 ℃組的T-AOC水平持續(xù)下降,36 h接近零水平。
在正常條件下,生物體內(nèi)活性氧的產(chǎn)生與其清除保持平衡,此時活性氧不僅不會損傷機體,還能發(fā)揮其獨特的生理作用。當植物處于不適的環(huán)境條件下,會發(fā)生氧化還原循環(huán),產(chǎn)生大量活性氧,若超出了活性氧清除系統(tǒng)的能力會引起活性氧累積,導致脂質(zhì)過氧化、代謝功能喪失、DNA損傷甚至細胞死亡等損傷[17]。
裙帶菜是一年生大型海藻,主要生長于潮下帶海區(qū)。溫度對裙帶菜的生長、發(fā)育及繁殖有很大的影響。胡敦清等研究發(fā)現(xiàn)不同生長階段的裙帶菜對溫度的要求不同:裙帶菜發(fā)育初期,溫度在10~24 ℃之間,有利于胚孢子和配子體的形成,可以正常形成卵囊并排出卵子;配子體發(fā)育的最適溫度范圍為20~24 ℃,在此溫度內(nèi)配子體成熟早、排卵率高;幼孢子體形成的適溫范圍為15~21 ℃,而生長最適溫度為14~18 ℃[18]。
(表示與對照組(12 ℃)差異顯著(P<0.01)。means significant difference between treatment groups(20, 24, 28 ℃) and control group(12 ℃).)
圖2 不同溫度處理下裙帶菜幼孢子體抗氧化酶活性隨時間的變化
Fig.2 Activity of antioxidant enzymes for Undaria pinnatifida at different temperature. Asterisk
(表示與對照組(12 ℃)差異顯著(P<0.01)。means significant difference between treatment groups(20, 24, 28 ℃) and control group(12 ℃).)
圖3 不同溫度處理下裙帶菜幼孢子體抗氧化物含量隨時間的變化
Fig.3 Contents of antioxidants for Undaria pinnatifida at different temperature. Asterisk
(表示與對照組(12 ℃)差異顯著(P<0.01)。means significant difference between treatment groups(20, 24, 28 ℃) and control group(12 ℃).)
圖4 不同溫度處理下裙帶菜幼孢子體總抗氧化能力隨時間的變化
Fig.4 Total antioxidant capacity for Undaria pinnatifida at different temperature. Asterisk
宋洪元等認為植物在高溫脅迫下細胞膜損傷與質(zhì)膜透性增加是高溫傷害的本質(zhì)之一[19]。本實驗中,除了24 ℃處理組的H2O2,20與24 ℃下,藻體活性氧含量均顯著高于對照組,說明此溫度已經(jīng)加劇藻體中活性氧產(chǎn)生。24 ℃處理組H2O2含量較低與抗氧化酶協(xié)同作用及抗氧化物含量短時間急劇增加有關(guān)。藻體在28 ℃下培養(yǎng)48 h后全部死亡,質(zhì)膜過氧化產(chǎn)物MDA含量最高,而O2-與H2O2含量較低可能與細胞質(zhì)膜通透性完全喪失有關(guān)。王萌等人的研究結(jié)果顯示在30 ℃高溫脅迫下,裙帶菜配子體MDA含量隨時間逐漸上升,48 h仍有活性[16]。這是因為與孢子體相比,配子體作為裙帶菜的度夏形式具有更好的高溫耐受性[20]。
本實驗中,除28 ℃外,96 h內(nèi),SOD活性與溫度呈正相關(guān),在藻體的溫度應答過程中迅速應激且保持較高活性水平,之后各處理組SOD活性均出現(xiàn)不同程度下降。20與24 ℃對藻體形成不同程度的高溫環(huán)境,促使活性氧大量生成。SOD通常作為抗氧化系統(tǒng)的第一道防線,其作用是將細胞內(nèi)過多的超氧陰離子催化分解為基態(tài)氧和H2O2。在20與24 ℃中培養(yǎng)36 h內(nèi),SOD活性比對照組分別提高大約2.5和3.5倍。CAT的作用是把多種生理過程產(chǎn)生的H2O2分解成水和氧氣[21]而POD能有效避免H2O2與有機過氧化物在藻類體內(nèi)的積累。20 ℃時,高溫程度較低,未刺激機體提高CAT與POD活性,僅依靠機體本身抗氧化底物清除H2O2,因此H2O2含量在36 h仍高于對照組。24 ℃時,高溫程度增加,CAT與POD活性均有不同程度上升。CAT活性緩慢上升,顯著高于對照組和20 ℃處理組,在60 h達到峰值,之后雖有所下降,但仍保持較高活性水平。與CAT的激活方式不同,POD在處理后迅速發(fā)揮抗氧化作用,3 h即達到峰值,其活性可以達到對照組近40倍,表現(xiàn)出對不適環(huán)境應答的快速性和高效性,且實驗60 h后POD活性再次升高。CAT與POD共同作用,有效的清除了機體中由SOD歧化產(chǎn)生的H2O2。由此可知,在裙帶菜幼孢子體對高溫誘導刺激的應答過程中,各個酶組分參與抗氧化反應的速度和持續(xù)效果存在差異。3種抗氧化酶活性在28 ℃均較低,是因為溫度超出了藻體耐受力,抗氧化酶失活,無法正常代謝。
與本文結(jié)果相似,鹿寧等人研究發(fā)現(xiàn),高溫脅迫3個品系龍須菜72 h期間,初期(24 h)CAT活性增強,隨后POD和GSH-PX活性增強,參與到抗氧化作用中,SOD活性則在整個過程中持續(xù)起作用,消除自由基對龍須菜的傷害[6]。但其并未對24 h內(nèi)其他時間點進行取樣測定,未觀察到抗氧化酶短時間活性驟增的現(xiàn)象。龍須菜屬紅藻綱,其耐受溫度更高,32 ℃仍能積極響應。同屬紅藻綱的條斑紫菜,其抗氧化酶活性在28和30 ℃活性始終較低,藻體受高溫損害較大[10]。海藻對溫度脅迫的應答機制決定了其溫度的耐受性,進而影響其自然分布。與裙帶菜和條斑紫菜相比,龍須菜表現(xiàn)出了較高的溫度耐受性,故其自然種群的地理分布也更為廣泛。
還原型抗壞血酸AsA和還原型谷胱甘肽GSH,是AsA-GSH循環(huán)清除活性氧的主要底物,通過NADPH將H2O2轉(zhuǎn)化為H2O[21]。24 ℃下GSH含量在短時間內(nèi)快速上升,然后緩慢下降到對照水平,起到了階段性的抵抗作用,這與Yogesh等的結(jié)果一致[22]。張容芳等認為GSH可以為細胞膜上巰基蛋白和酶提供保護,避免活性物質(zhì)的侵害,保證呼吸作用中電子傳遞鏈和氧化磷酸化的正常進行,降低脫氧核糖核酸DNA突變和受損的幾率[21]。在本研究測定指標中,AsA含量的變化趨勢與T-AOC最為相近,說明AsA對藻體抗氧化能力有直接貢獻,大量合成AsA有助于藻體應對不適環(huán)境。研究表明,高溫會導致PSⅡ放氧復合體失活,抗壞血酸(AsA)通過傳遞電子給PSⅡ,保持電子的持續(xù)傳遞,以減輕反應中心受熱脅迫損傷的程度[23]。AsA作為植物極重要的抗氧化劑,在清除活性氧之外,還可以調(diào)控蛋白質(zhì)翻譯和基因轉(zhuǎn)錄[24]。研究發(fā)現(xiàn)添加外源AsA后,可以降低水稻葉綠體中H2O2的含量[25]。已有研究發(fā)現(xiàn)高溫脅迫龍須菜72 h內(nèi), GSH-PX(谷胱甘肽過氧化物酶)、維生素C(抗壞血酸)含量升高,T-AOC均先升高后降低抗,養(yǎng)殖品系抗氧化性能高于野生型[6];不同品系海帶熱脅迫研究表明,受脅迫后海帶體內(nèi)AsA的含量上升顯著[10]。
裙帶菜抗氧化系統(tǒng)對溫度響應方式隨溫度改變而不同。當裙帶菜處于適宜溫度時,機體總抗氧化能力保持恒定。當遭受較輕程度高溫環(huán)境時,藻體活性氧平衡被打破,機體內(nèi)積累大量O2-等ROS,此時SOD最先發(fā)揮作用,將O2-轉(zhuǎn)化為H2O2。但由于不適環(huán)境造成的損傷較輕,CAT和POD活性沒有增強且GSH含量未見上升,藻體僅依靠細胞本底存在的抗氧化能力及短時間大量合成的AsA緩慢清除H2O2。當溫度繼續(xù)升高時,為了盡快修復高溫對藻體的損傷,POD活性短時間內(nèi)急劇上升,同時機體迅速合成GSH和AsA等抗氧化物,在較短時間內(nèi)控制H2O2含量。之后CAT活性逐漸上升,完成后期機體修復工作。當溫度繼續(xù)上升并超過藻體耐受限度后,多種抗氧化酶失活,MDA大量積累,質(zhì)膜通透性降低,細胞內(nèi)ROS與抗氧化物外流,最終導致細胞死亡。這種依機體損傷程度而改變的抗氧化機制,可以更快速、更節(jié)能、更有效地修復藻體所受損傷。
此外,不能因為AsA對抗氧化能力有直接貢獻就認為其是抗氧化系統(tǒng)中最重要的部分,同樣的,雖然諸如POD、CAT等抗氧化酶在提供還原力方面起間接作用,但也是構(gòu)成機體總抗氧化能力的重要組成部分。需要進行更多實驗,以進一步判定各種抗氧化成分在抗氧化系統(tǒng)中的地位。
裙帶菜自然群體分布于東亞地區(qū)的日本、中國與韓國沿海,然而,近年來已發(fā)現(xiàn)裙帶菜通過遠洋貨輪壓艙水等途徑被引入新西蘭[26]、澳洲[27]、阿根廷[28]和法國[29]等地。本實驗結(jié)果說明在不適溫度環(huán)境條件下,抗氧化系統(tǒng)對維持藻體正常生理功能與結(jié)構(gòu)起關(guān)鍵作用,為裙帶菜擴大種群分布范圍提供保障。
[1] 朱明遠, 吳榮軍, 李瑞香, 等. 溫度對海帶幼孢子體生長和光合作用的影響[J]. 生態(tài)學報, 2004, 24(1): 23-29.
Zhu M, Wu R, Li R, et al. The impacts of temperature on growth and photosynthesis ofLaminariajaponicajuvenile sporophytes[J]. Acta Ecologica Sinica, 2004, 24(1): 23-29.
[2] 王悠. 海帶對高溫脅迫的生理生化響應和耐高溫機理的初步研究[D]. 青島: 中國海洋大學, 2003.
Wang Y. The Physiological and Biochemical Responses to Heat Stress and the Preliminary Study on Heat-Resistant Mechanisms inLaminariajaponica[D]. Qingdao: Ocean University of China, 2003.
[3] 凌晶宇, 梁洲瑞, 王飛久, 等. 高溫對海帶(Saccharinajaponica)抗氧化酶及葉綠素熒光參數(shù)的影響[J]. 漁業(yè)科學進展,2016(3):120-125.
Ling J, Liang Zi, Wang F, et al. Effects of high temperature on the antioxidant enzymes and chlorophyll fluorescence parameters ofSaccharinajaponica[J]. Progress In Fishery Sciences, 2016(3):120-125.
[4] 孫圓圓, 孫慶海, 孫建璋. 溫度對羊棲菜生長的影響[J]. 浙江海洋學院學報(自然科學版), 2009, 28(3): 342-347.
Sun Y, Sun Q, Sun J. The effect temperature on the growth ofSargassumfusiforme[J]. Journal of Zhejiang Ocean University(Natural Science), 2009, 28(3): 342-347.
[5] 梁洲瑞, 孫修濤, 王飛久, 等. 光, 溫對鼠尾藻卵子排放和幼孢子體生長的影響[J]. 漁業(yè)科學進展, 2012, 33(1): 109-113.
Liang Z, Sun X, Wang F, et al. Effects of light and temperature on egg releasing and young sporophyte growth ofSargassumthunbergi[J]. Progress in Fishery Sciences, 2012, 33(1): 109-113.
[6] 鹿寧, 臧曉南, 張學成, 等. 高溫脅迫下不同龍須菜品系抗氧化能力的比較[J]. 武漢大學學報: 理學版, 2010(5): 570-577.
Lu N, Zang X, Zhang X, et al. Comparison of antioxidant activities of different strains ofGracilarialemaneiformisunder high-temperature stress[J]. Journal of Wuhan University (Natural Science Edition), 2010(5): 570-577.
[7] Apel K, Hirt H. Reactive oxygen species: metabolism, oxidative stress, and signal transduction[J]. Annu Rev Plant Biol, 2004, 55: 373-399.
[8] 劉泳. 高溫脅迫對海帶生長的影響及其作用機理的初步探討[D]. 青島: 中國海洋大學, 2004.
Liu Y. The Effeets of Heat Stress on the Growth ofLaminariajaponicaand the Preliminary Study on the Effective Meehanism[D]. Qingdao: Ocean University of China, 2004.
[9] 宣慧, 佟少明, 侯和勝. 高溫脅迫對海帶配子體生長和生理的影響[J]. 天津農(nóng)業(yè)科學, 2011, 17(2): 5-8.
Xuan H, Tong S, Hou H. Effects of high temperature stress on growth and physiology of gametophytes ofLaminariajaponica[J]. Tianjin Agricultural Science, 2011, 17(2): 5-8.
[10] 侯和勝, 何文君, 李洪艷, 等. 高溫脅迫對條斑紫菜絲狀體的生長和生理影響[J]. 遼寧師范大學學報(自然科學版), 2008, 31(4): 487-490.
Hou H, He W, Li H, et al. Effects of high temperature stress on growth and physiology of conchocelis ofPorphyrayezoensis[J]. Journal of Liao ning Normal University (Natural Science Edition), 2008, 31(4): 487-490.
[11] 韓曉弟, 王剛. 裙帶菜的植物學特性及利用[J]. 特種經(jīng)濟動植物, 2003(9): 30-31.
Han X, Wang G. The botanical characteristics and utilization ofUndariapinnatifida[J]. Special Economic Animal and Plant, 2003(9): 30-31.
[12] 張定民, 繆國榮,裴魯青. 裙帶菜的研究[J]. 浙江水產(chǎn)學院學報, 1983, 2(2): 115-124.
Zhang D, Miao G, Pei L. Study onUndariapinnatifida[J]. Journal of Zhejiang College of Fisheries, 1983, 2(2): 115-124.
[13] 蘇秀榕, 李太武, 丁明進. 裙帶菜孢子葉營養(yǎng)成分分析[J]. 營養(yǎng)學報, 1994, 16(2): 236-239.
Su X, Li T, Ding M. Analysis of the nutrients in sporophyll ofUndariapinnatifida(Harv.) Suri[J]. Acta Untrimenta Sinica, 1994, 16(2): 236-239.
[14] 付小梅, 高淑清, 孫俠. 裙帶菜的生理藥理作用研究進展[J]. 癌變·畸變·突變, 2004, 16(4): 254-256.
Fu X, Gao S, Sun X. Progross on physiological and pharmacological effects ofUndariapinnatifida[J]. Carcinogenesis,Teratogenesis and Mutagenesis, 2004, 16(4): 254-256.
[15] 李宏基, 李慶揚. 裙帶菜孢子體的生長發(fā)育與溫度的關(guān)系[J]. 海洋與湖沼, 1966(2): 140-152.
Li H, Li Q, Li H. The relation of growth, development ofUndariapinnatifida(Harv.)Sur. with temperature[J]. Oceanologia et Limnologia Sinica, 1966(2): 140-152.
[16] 王萌, 佟少明, 侯和勝. 高溫脅迫對裙帶菜配子體的生長和生理影響[J]. 天津農(nóng)業(yè)科學, 2010, 16(3): 24-26.
Wang M, Tong S, Hou H. Effects of high temperature stress on growth and physiology of gametophytes ofUndariapinnatifida[J]. Tianjin Agricultural Science, 2010, 16(3): 24-26.
[17] 杜秀敏,殷文璇,趙彥修,等. 植物中活性氧的產(chǎn)生及清除機制[J]. 生物工程學報, 2001(2): 121-125.
Du X, Yin W, Zhao Y, et al. The production and scavenging of reactive oxygen species in plants[J]. Chinese Journal of Biotechnology, 2001(2): 121-125.
[18] 胡敦清, 索如瑛, 劉緒炎, 等. 溫度與裙帶菜育苗的關(guān)系[J]. 海洋水產(chǎn)研究, 1989(10): 13.
Hu D, Suo R, Liu X, et al. The relationship between temperature and sporeling breeding ofUndaria[J]. Marine Fisheries Research, 1989(10): 13.
[19] 宋洪元,雷建軍,李成瓊. 植物熱脅迫反應及抗熱性鑒定與評價[J]. 中國蔬菜,1998(1): 50-52.
Song H, Lei J, Li C. Identification and evaluation of plant heat stress response and heat resistance [J]. China Vegetables, 1998(1): 50-52.
[20] 李耕. 裙帶菜低溫水育苗[J]. 科學養(yǎng)魚, 2003(6): 23.
Li G. Low-temperature water breeding ofUndariapinnatifida[J]. Scientific Fish Farmin, 2003(6): 23.
[21] 張容芳, 唐東山, 劉飛. 藻類抗氧化系統(tǒng)及其對逆境脅迫的響應[J]. 環(huán)境科學與管理, 2011, 36(12): 21-25.
Zhang R, Tang D, Liu F. Alage antioxidant system and its influence on stress[J].Environmental Science And Management, 2011, 36(12): 21-25.
[22] Yogesh Mishra, Poonam Bhargava, Lal Chand Rai. Differential induction of enzymes and antioxidants of the antioxidative defense system in Anabaena doliolum exposed to heat stress[J]. Journal of Thermal Biology, 2005, 30(7): 524-531.
[23] Tóth S Z, Nagy V, Puthur J T, et al. The physiological role of ascorbate as photosystem II electron donor: protection against photoinactivation in heat-stressed leaves[J]. Plant Physiology, 2011, 156(1): 382-392.
[24] Mano J, Ushimaru T, Asada K. Ascorbate in thylakoid lumen as an endogenous electron donor to photosystem II: protection of thylakoids from photoinhibition and regeneration of ascorbate in stroma by dehydroascorbate reductase[J]. Photosynthesis Research, 1997, 53(2-3): 197-204.
[25] 華春, 王仁雷, 劉友良. 外源 AsA 對鹽脅迫下水稻葉綠體活性氧清除系統(tǒng)的影響[J]. 作物學報, 2004, 30(7): 692-696.
Hua C, Wang R, Liu Y. Effect of exogenous ascorbic acid on active oxygen scavenging system in chloroplasts of rice under salt stress[J]. Acta Agronomica Sinica, 2004, 30(7): 692-696.
[26] Hay C H, Luckens P A. The Asian kelpUndariapinnatifida(Phaeophyta: Laminariales) found in a New Zealand harbour[J]. New Zealand Journal of Botany, 1987, 25(2): 329-332.
[27] Sanderson J C. A preliminary survey of the distribution of the introduced macroalga,Undariapinnatifida(Harvey) Suringer on the east coast of Tasmania, Australia[J]. Botanica Marina, 1990, 33(2): 153-158.
[28] Casas G N, Piriz M L. Surveys ofUndariapinnatifida(Laminariales, Phaeophyta) in Golfo Nuevo, Argentina[J]. Hydrobiologia, 1996, 326(1): 213-215.
[29] Silva P C, Woodfield R A, Cohen A N, et al. First report of the Asian kelpUndariapinnatifidain the northeastern Pacific Ocean[J]. Biological Invasions, 2002, 4(3): 333-338.
責任編輯 朱寶象
Effect of Temperature on the Antioxidation System of JuvenileUndariapinnatifidaSporophyte
GONG Qing-Li, WANG Peng, WANG Xiao-Yan, LIU Yan
(College Of Fisheries, Ocean University of China, Qingdao 266003, China)
To determine the effect of temperature on the capacity of antioxidation of Undaria pinnatifida, content of ROS, activity of antioxidant enzymes and content of antioxidants were measured in juvenile sporophyte of U. pinnatifida at different temperatures (12, 20, 24 and 28 ℃). The results showed that, high temperatures (20, 24 and 28 ℃) increased ROS and changed the activity of diverse antioxidant enzymes and content of antioxidants in comparison with the control temperature (12 ℃). The total antioxidant capacity of U. pinnatifida remained constant at appropriate temperature (12 ℃). When exposured at a slighter degree of high temperature (20 ℃), the content of O2-and H2O2 in organism increased rapidly and reached the maximum at 36h, while the activity of SOD raised at the same time, to transform O2-into H2O2. Although activity of CAT and POD and content of GSH kept almost constant, H2O2was eliminated slowly by the increased AsA and the basic antioxidant capacity of organism. When temperature rose to 24 ℃, the damage was increased. Besides SOD, the activity of POD rose dramatically in a short period of time, accompanying with the accumulation of GSH and AsA. Therefore the content of H2O2was kept in a normal level. If the temperature exceeded the tolerance limit of U. pinnatifida(28 ℃), all of activity of studied antioxidant enzymes decreased. MDA accumulated in 36 h, which can destruct the plasma membrane permeability and lead to alga death eventually. The results of this study illustrated the important role of antioxidation system regulation in the adaptation to different ambient temperatures of young U. pinnatfida sporophyte. Consequently, the study provided some
to explain why this specie is widely distributed, investigate the adaptive mechanism of U. pinnatfida to adverse environmental conditions and breed high temperature tolerant strains.
Undariapinnatifida; juvenile sporophyte; temperature; antioxidation system
國家海洋局公益性項目(201405040-4)資助
2016-07-29;
2016-09-23
宮慶禮(1965-),男,教授,主要從事大型海藻生理生態(tài)研究。E-mail:qingli@vip.sina.com
** 通訊作者:E-mail:qd_liuyan@ouc.edu.cn
S917.3
A
1672-5174(2016)11-091-08
10.16441/j.cnki.hdxb.20160273
宮慶禮, 王鵬, 王曉艷, 等. 溫度對裙帶菜幼孢子體抗氧化系統(tǒng)的影響[J]. 中國海洋大學學報(自然科學版), 2016, 46(11): 91-98.
GONG Qing-Li, WANG Peng, WANG Xiao-Yan, et al. Effect of temperature on the antioxidation system of juvenileUndariapinnatifidasporophyte [J]. Periodical of Ocean University of China, 2016, 46(11): 91-98.
Supported by Public Science and Technology Research Funds Projects of Ocean(201405040-4)