程 龍張甬元何 燕劉碧云田 云吳振斌

(1. 中國科學院水生生物研究所, 淡水生態(tài)與生物技術國家重點實驗室, 武漢 430072; 2. 中國科學院大學, 北京 100049)

浮游植物中一氧化氮的生理作用研究進展

程 龍1,2張甬元1何 燕1,2劉碧云1田 云1,2吳振斌1

(1. 中國科學院水生生物研究所, 淡水生態(tài)與生物技術國家重點實驗室, 武漢 430072; 2. 中國科學院大學, 北京 100049)

一氧化氮(NO)作為一種具有生物活性的氣體自由基分子, 它的功能代表了生物學系統(tǒng)中信號傳遞的新途徑。大量證據(jù)表明, NO在浮游植物細胞中的功能和在高等動植物中類似, 具有調(diào)節(jié)生長和參與抗逆性的作用, NO和ROS可能作為信號分子參與介導浮游植物程序性死亡(PCD)過程。文章較全面地介紹了NO在浮游植物中的產(chǎn)生途徑、測定方法、生理功能和PCD的關系及作為信號分子的作用, 并對該領域今后的研究進行了展望。

一氧化氮; 浮游植物; 程序性死亡; 信號分子

20世紀80年代以前, 一氧化氮(NO)被單純的認為是一種對環(huán)境和人體有害的氣態(tài)污染物, 隨著科學技術的發(fā)展和研究的深入, 證明一些生物能內(nèi)源產(chǎn)生NO并將其作為信號分子在多種生理生化過程中扮演重要角色。隨著NO生物體內(nèi)源合成機制和生理特性的發(fā)現(xiàn)[1,2], 關于NO的研究呈現(xiàn)井噴式發(fā)展。1992年, NO被Science評為“年度分子”, 1998年, Furchgott、Murad和Ignarr三位科學家由于發(fā)現(xiàn)NO是心血管系統(tǒng)內(nèi)皮舒張相關的信號分子而獲得當年的諾貝爾生理或醫(yī)學獎。NO作為信號分子在生物生理生化方面的重要作用使其在動物、高等植物、浮游植物中的作用受到越來越多的關注。浮游植物作為水生態(tài)系統(tǒng)中初級生產(chǎn)者和食物鏈的第一環(huán)節(jié), NO在其體內(nèi)的功能和合成機制引發(fā)研究者越來越多的興趣, 研究內(nèi)容主要集中在(i)NO的產(chǎn)生途徑、(ii)NO的測定方法、(iii)NO的生理功能、(iv)NO與程序性死亡、(v)NO的信號轉(zhuǎn)導等幾個方面, 目前已有一些新發(fā)現(xiàn)和新觀點。

1 NO在浮游植物中的產(chǎn)生途徑

在浮游植物中, 一般認為NO有3條合成路徑(圖 1)[3]: (1)硝酸還原酶(NR)或亞硝酸還原酶(NiR): NR催化還原為的同時產(chǎn)生NO; NiR催化

外源NO不僅在對浮游植物的生長上起著重要的作用, 其本身也能產(chǎn)生大量的內(nèi)源性NO來抵御外界環(huán)境壓力。有研究表明在一些浮游植物中NO是通過NR/NiR途徑產(chǎn)生。Tischner等[4]發(fā)現(xiàn), 只有在硝酸鹽或亞硝酸鹽的參與下, 綠藻Chlorella sorokiniana才能在細胞中通過NR/NiR途徑和線粒體的電子傳遞途徑合成NO, 而不存在其他NOS和NOS-like途徑。同樣, 在富含硝酸鹽的培養(yǎng)基中,藍藻Anabaena doliolum、綠藻Scenedesmus obliquus和Synechoccocus leopoliensis都能不同程度地產(chǎn)生NO; 萊茵河中分離的剛毛藻Cladophora在含硝酸鹽培養(yǎng)基中能在自然光照條件下會產(chǎn)生NO, 通過一段時間的黑暗脅迫其體內(nèi)還會出現(xiàn)一個NO的峰值,但是當把培養(yǎng)基中硝酸鹽氮換成氨氮時, Cladophora在光照和黑暗條件下都不會產(chǎn)生NO。為了進一步驗證NO的產(chǎn)生途徑, 有研究揭示藍藻A. doliolum產(chǎn)生NO的底物是亞硝酸鹽而不是精氨酸, 從而排除了NOS途徑的可能[5]。這和Tang等[6]得到的結果類似, 藍藻Microcystis aerugrinosa在正常生長過程中會產(chǎn)生NO, 在30d的培養(yǎng)周期里, NO和的濃度逐漸增大, 而的濃度逐漸減小, 實驗過程中通過外源添加硝酸鹽或L-精氨酸, 而只有在添加硝酸鹽的時候會導致NO的大量產(chǎn)生, 這些結果都說明M. aerugrinosa細胞內(nèi)NO的產(chǎn)生可能是通過NR/NiR途徑。

圖 1 浮游植物中NO的產(chǎn)生途徑Fig. 1 The sources of nitric oxide production in phytoplankton

研究顯示哺乳動物細胞中NO可以通過一氧化氮合成酶(NOS)途徑產(chǎn)生, 即NOS催化L-精氨酸分解產(chǎn)生L-瓜氨酸和NO[7]。在植物細胞中, 除了類似于動物細胞中通過轉(zhuǎn)化L-精氨酸的NOS-like途徑, NR途徑被認為是高等植物合成NO的主要途徑[8]。而NOS途徑是否存在于浮游植物中還存在爭議[9]。對三株硅藻Pseudonitzschia arenysensis、Pseudonitzschia delicatissima和Pseudonitzschia multistriata的轉(zhuǎn)錄組研究中發(fā)現(xiàn)只有P. multistriata存在NOS的同源序列[10]。Kim等[11]在對Chattonella marina的研究中發(fā)現(xiàn), C. marina能在自然生長條件下產(chǎn)生NO, 通過分別添加NOS-like途徑的底物L-精氨酸和抑制劑L-NAME, NO的量分別表現(xiàn)出增大和減小的現(xiàn)象, 當外源添加NiR途徑底物亞硝酸鹽時,對NO的產(chǎn)生量沒有影響, 因此證明NOS-like途徑才可能是C. marina細胞中積累NO的來源。但也有研究相反的指出, 為了驗證綠藻Chlamydomonas reinhardtii中NO的產(chǎn)生是否涉及到NOS或NOS-like過程, 向藻液中加入NOS途徑的底物和抑制劑,發(fā)現(xiàn)對NO的產(chǎn)生并沒有影響, 因此認為在C. reinhardtii中并不存在類似于動物細胞中的NOS酶促機制[12]。

NO合成方式的差異性究竟是物種與物種之間的區(qū)別還是幾種合成方式協(xié)調(diào)起作用以及如何協(xié)調(diào)來調(diào)控內(nèi)源NO的產(chǎn)生機制尚不清楚, 揭示這些機制對認識NO在浮游植物中的信號轉(zhuǎn)導途徑有重要意義。目前對NO的產(chǎn)生機制的研究主要是根據(jù)NOS或NR/NiR途徑底物的差別來判斷, 如果采用生化分析和巧妙的篩選策略分離相關突變體研究浮游植物NO產(chǎn)生, 這對揭示NO產(chǎn)生途徑具有重要意義。

另外, 生物體內(nèi)NO也可以通過在酸性條件下亞硝酸鹽自發(fā)還原的非酶促途徑產(chǎn)生[13]。不過NO的這種產(chǎn)生途徑需要的條件嚴苛, 必須在酸性或強還原性環(huán)境中進行, 浮游植物中這種適合非酶促途徑的條件很少, 所以浮游植物中NO在此方面的研究還未開展。

2 浮游植物中NO的測定

2.1 血紅蛋白法

此法是根據(jù)NO比O2對Hb有更強的親和力, NO可以與HbO2反應生成高鐵血紅蛋白(MetHb), 其最大吸收波長會從421 nm變?yōu)?01 nm, 兩者的區(qū)別可作為NO檢測的依據(jù)。

此方法的檢測限達到1.3—2.8 nmol/L[14]。但是有由于其存在的一些局限性而逐漸失去了研究者的興趣。第一, 新產(chǎn)生的HbO2有一些技術要求, 它需要用色譜法將其分離。第二, ROS也能氧化HbO2使得實驗出現(xiàn)誤差, 細胞內(nèi)一般存在著ROS和抗氧化系統(tǒng)之間的動態(tài)平衡, 所以Delledonne等[15]在用此方法測量NO時先加入CAT和SOD排除ROS的干擾, 盡管如此, 殘留的H2O2仍然有可能對測量產(chǎn)生影響。第三, pH的改變也能影響測量, 然而在植物應激反應中, pH也經(jīng)常會改變。

2.2 Griess法

2.3 DAF熒光染料法

Kojima等[19]首次報道了DAF-2DA可以和NO氧化的副產(chǎn)物N2O3反應而產(chǎn)生較強的熒光, DAF-2DA可以穿過細胞膜, 進入細胞后可以被細胞內(nèi)的酯酶水解形成不能穿過細胞膜的DAF-2。DAF-2本身的熒光很弱, 但在和N2O3反應后生成的DAF-2T, 可以發(fā)出強熒光[20]。環(huán)境中有、ONOO-等存在的情況下對其檢測也沒有影響, 其檢測限可以達到5 nmol/L, 因而得到廣泛應用[21]。但是隨著研究的深入, 卻發(fā)現(xiàn)抗氧化劑如抗壞血酸可以降低N2O3的水平和DAF-2T的熒光強度[22], 在無氧條件下NO不能被氧化成N2O3, 另外, 它不能被NO抑制劑cPTIO抑制而限制了其使用[20]。

DAF-FM DA是在DAF-2 DA的基礎上改進用于NO定量檢測的新型熒光探針, 與DAF-2 DA相比, DAF-FM和NO反應形成的熒光產(chǎn)物受pH值的影響小, 在pH大于5.5時不受pH的影響。其次, DAF-FM DA和DAF-2 DA相比, 前者產(chǎn)生的熒光更加穩(wěn)定,不容易淬滅, 這樣更加便于檢測。另外, DAF-FM DA和DAF-2 DA相比, 前者對一氧化氮的檢測靈敏度更高, 相同條件下檢測靈敏度可以提高接近2倍,最低檢測濃度可以達到3 nmol/L[23]。因此DAF-FM DA在測定細胞內(nèi)的NO中有廣泛的應用。

2.4 電子順磁共振法

電子順磁共振(Electron paramagnetic resonance, EPR)是由不配對電子的磁矩發(fā)源的一種磁共振技術, 可用于從定性和定量方面檢測物質(zhì)原子或分子中所含的不配對電子。因為NO特殊的分子結構, 它有未成對的電子, 帶有自由基, 具有順磁性,因此可以用EPR穩(wěn)定的測量。由于NO較短的半衰期, 所以需要特異性的捕獲劑捕獲使其穩(wěn)定, 最常見的捕獲NO的捕獲劑是二硫代氨基甲酸鹽(銅試劑)[24], 其檢測限一般在皮摩爾級別[25]。值得注意的是, Gao等[26]聯(lián)合兩種不同的捕獲劑同時測定了大豆細胞和老鼠細胞中同時產(chǎn)生的ROS和NO。但是由于EPR高昂的費用限制了其使用。

2.5 NO電極法

在臨床醫(yī)學研究中, NO的電極法測量由于其相對低廉的價格和簡單的操作而得到廣泛的應用。同樣, 在植物科學研究中, 由于NO的電極法測量不需要對樣品進行預處理, 可以實時在線監(jiān)測細胞產(chǎn)生的NO, 同時可以定量NO的絕度濃度, 所以逐漸成為具有發(fā)展前景NO測量方法[27]。Zhang等[28]通過一個裝配有ISO-NO MarkⅡ電極的NO測量儀的電化學法測定實驗室培養(yǎng)的海洋微藻和大亞灣的藻類海洋生態(tài)系統(tǒng)中的NO。其靈敏度高, 測定的濃度為1—10 nmol/L。在綠藻C. reinhardtii和藍藻M. aeruginosa中同樣用NO電極法測到由細胞內(nèi)自由擴散到培養(yǎng)基中的NO[6,12]。

關于浮游植物中NO的各種測定方法比較見表 1。NO的測定是研究NO在有機體中功能的基礎, 其發(fā)展推動了NO的研究, 然而隨著對NO研究的深入, 還發(fā)現(xiàn)NO可以自由進出浮游植物細胞, 單個細胞可以通過NO把環(huán)境因子的改變傳遞給周圍細胞, 從而可以引起浮游植物的群體對環(huán)境因子變化的響應[29]?，F(xiàn)有的測定技術也亟待改進, 例如,現(xiàn)在被大量使用的測定技術包括DAF-FM DA熒光探針法和NO電極法隨著研究內(nèi)容的深入也需要改進, DAF-FM DA在測定細胞內(nèi)產(chǎn)生的NO有明顯的優(yōu)勢, 但是其對NO的測定并沒有得到NO的絕對濃度; 由于高等動物或高等植物相對較大的細胞個體, 選擇不同的NO電極材料可以測定細胞內(nèi)或培養(yǎng)液中NO的絕對濃度, 對于一些單細胞的藻類由于其細胞很小, NO電極材料在技術上很難直接測定細胞內(nèi)的NO, 但是浮游植物細胞培養(yǎng)液中NO的測定結果也間接證明了NO可以在細胞內(nèi)自由進出。因此, 高精度、絕對測定浮游植物細胞內(nèi)外NO的濃度的技術急需實現(xiàn), 并且很有希望在改進NO電極技術的基礎上實現(xiàn)。

3 浮游植物體內(nèi)NO的作用

3.1 調(diào)控浮游植物的生長

NO對海洋微藻生長的影響研究發(fā)現(xiàn)[28], 低濃度的NO促進生長而高濃度的NO抑制生長, 所以提出了“NO閾”的概念。這和在動物和高等植物中得到的結果類似, 體現(xiàn)了NO在對細胞作用上的一些共性。

表 1 浮游植物中NO的各種測定方法Tab. 1 The methods of determining nitric oxide (NO) in phytoplankton

外源NO供體SNP對藍藻M. aerugrinosa的生長有一定的促進作用, 促進其生長的最適濃度為0.1 mg/L, 而M. aerugrinosa的過度生長會導致水華的爆發(fā), 因而NO對于藍藻水華爆發(fā)在一定程度上具有相關性[6]。在對3種海洋微藻Platymonas subcordiformis、Skeletonema costatum和Gymnodinium sp.生長過程中NO的積累研究來看, 起始階段NO濃度隨著細胞密度的升高而升高, 隨后在細胞密度出現(xiàn)峰值的前2—3天NO出現(xiàn)一個峰值, 通過觀察海洋浮游植物中一些赤潮種C. marina、C. ovata、H. akashiwo與非赤潮種C. polykrikoides、A. taylori、A. tamarense、G. impudicum、N. oculata的差別, 發(fā)現(xiàn)赤潮藻種細胞內(nèi)有NO產(chǎn)生, 而非赤潮藻種細胞內(nèi)沒有NO的產(chǎn)生[30], 因此認為對NO的監(jiān)測可作為赤潮的爆發(fā)的預警因子之一[31]?？偠灾? NO對于浮游植物的作用, 特別是對于湖泊水華優(yōu)勢種和海洋赤潮優(yōu)勢種的影響, 可能對水華和赤潮的監(jiān)測和消亡機理提供新的思路。

3.2 參與浮游植物抗逆性作用

浮游植物在受到重金屬、紫外線、有機污染物等環(huán)境脅迫時, 會引起浮游植物細胞的損傷, 已有證據(jù)表明浮游植物細胞會產(chǎn)生內(nèi)源性的NO作為信號分子調(diào)控和響應環(huán)境脅迫, 而當通過外源添加NO到受環(huán)境脅迫的浮游植物體系中時, 能降低環(huán)境脅迫對浮游植物造成的損傷。Li等[32]發(fā)現(xiàn), NO能緩解十六烷基三甲基氯化銨(表面活性劑)和熒蒽(多環(huán)芳烴)對綠藻Chlorella vulgaris的氧化毒性作用, 在十六烷基三甲基氯化銨或熒蒽處理綠藻C. vulgaris體系中接入外源NO供體SNP后, 綠藻的生物量、葉綠素含量、可溶性蛋白的含量, SOD、POD、CAT的活性比不加NO供體對照組要高, 并且隨之ROS和MDA含量下降。對2種海洋浮游植物P. subcordiforms和S. costatum的研究發(fā)現(xiàn), 在受到非金屬、金屬、殺蟲劑、紫外線的脅迫時其生長受到明顯抑制, 當向藻的培養(yǎng)液中每天兩次添加不同低濃度的NO(0.1—10 nmol/L)時, 兩種海洋藻的生長明顯受到促進, 說明NO對于這兩種海洋藻在受到非生物脅迫時具有保護功能[33]。

NO的這種保護功能, 可能是NO與活性氧(ROS)之間的復雜關系有關, 一種說法是NO作為抗氧化劑通過上調(diào)超氧化物歧化酶(SOD)、愈創(chuàng)木酚過氧化物酶(GPX)、過氧化氫酶(CAT)、谷胱甘肽還原酶(GR)來猝滅由重金屬、鹽度、紫外線、除草劑等引起的ROS產(chǎn)生, 進而減少由氧化脅迫帶來的細胞損傷。另外, NO在清除ROS起到的保護作用還跟在環(huán)境脅迫下NO和ROS的濃度比有關, 在低濃度時通過清除和脂質(zhì)自由基來終止脂質(zhì)過氧化和引起抗氧化酶的表達。在高濃度時與形成毒性更強的過氧亞硝基(ONOO-), 而過氧亞硝基可以破壞生物大分子的結構和功能[34]。在除草劑莠去津、草銨膦引起的綠藻C. vulgaris細胞死亡中, 外源添加NO供體表現(xiàn)出雙重作用, 低濃度的SNP可以增強SOD、CAT、POD等抗氧化酶以降低由除草劑引來的ROS、MDA的升高, 上調(diào)光合作用基因(psbC、psaB、chlB和rbcL)的表達以維持正常的光合作用; 而高濃度的SNP(100 μmol/L)通過增強ROS、MDA和減少葉綠素含量、抗氧化性酶、光合作用基因轉(zhuǎn)錄加劇除草劑的毒性[35]。NO的這種雙重性, 可能是通過NO的信號分子功能來減少環(huán)境脅迫對浮游植物的毒性作用, 或者當NO濃度過高時, 從種群演替的意義來說是去清除受損或者破壞了的浮游植物, 從而讓資源能讓健康的細胞利用。

4 NO與程序性死亡

程序性死亡(PCD)是一種由遺傳決定的且受代謝指導的細胞自殺事件, 大量研究結果表明, 在浮游植物中也存在類似于細胞凋亡、類凋亡、自噬等途徑的PCD[36], 而PCD是有機體適應外界環(huán)境條件, 主動調(diào)整自身代謝的重要手段。NO參與了細胞的程序性死亡過程在很多研究中都得到驗證, 目前有幾種觀點, 一種是NO直接引起程序性死亡[37],另一種是和其他物質(zhì)作用引起程序性死亡, 例如ROS[15]、C2H4[38]等。研究發(fā)現(xiàn)蟲黃藻Symbiodiniummicroadriaticum的培養(yǎng)溫度從27℃升高到32℃時會導致細胞死亡率增高、caspase-3酶活性增強, NO濃度增大, 并且NO的產(chǎn)生與casepase-3活性具有緊密的相關性[39]。Lehner等[40]對單細胞綠藻Micrasterias denticulata的研究發(fā)現(xiàn), 用外源的NO供體SNP、SNAP處理藻細胞, 細胞的生長受到抑制, 與對照相比, 處理組細胞出現(xiàn)如次生壁缺失、高爾基體的功能受到損傷等典型的PCD特征。海洋硅藻分泌的活性物質(zhì)反式-2, 4癸二烯醛對硅藻T. pseudona和Phaeodactylum tricornutum的研究發(fā)現(xiàn),兩種藻發(fā)生PCD的過程中, 沒有監(jiān)測到ROS的產(chǎn)生,但處理5min后NO的水平顯著增加[29]。

對于浮游植物來說, PCD的重要功能是從種群中移除受損或者破壞了的細胞, 讓資源可以被健康的細胞生長所利用, 或在不利的環(huán)境條件下, 淘汰大部分群體, 保留少數(shù)強健個體, 以便在合適環(huán)境下繼續(xù)繁衍其種群, 從另一個角度講是實現(xiàn)種群利益的最大化, 浮游植物PCD的這種特點, 為我們控制藻類異常增殖的工程應用提供新的思路, 可以通過人為誘導水華藻類PCD發(fā)生的環(huán)境條件來降低水華藻類生物量, 因此研究浮游植物中NO和PCD關系對控制富營養(yǎng)化水體藻類水華爆發(fā)具有重要意義。實驗室沉水植物Myriophyllum spicatum和M. aeruginosa共培養(yǎng)的研究發(fā)現(xiàn), 水生植物能夠通過化感作用誘導藻類產(chǎn)生NO從而引起PCD[41], 更重要的一點是NO可以向水體中擴散, 可以作為一種刺激引起臨近的細胞產(chǎn)生NO[29], 進而誘導其PCD的產(chǎn)生, 其意義在于可能引起浮游植物細胞群落的PCD。

5 NO對浮游植物的信號轉(zhuǎn)導作用

NO作為一種結構簡單的氣體活性分子, 是自然界中繼乙烯之后的第二種氣體信號分子, 代表了生物學系統(tǒng)中信號轉(zhuǎn)導的一種新途徑。在高等植物中NO參與種子萌發(fā)、側根和根毛發(fā)育、氣孔運動、開花和防御反應等許多重要的生理過程[42]。在植物抗逆性反應中, NO主要依賴環(huán)磷酸鳥苷(cGMP)和不依賴cGMP這兩條途徑介導信號轉(zhuǎn)導,但作為初級生產(chǎn)者的浮游植物, NO的研究還處于初級階段, 其研究與在高等植物細胞中類似, 如NO可以與Ca2+相互交叉影響硅藻的多種生理功能,在浮游植物多種脅迫信號轉(zhuǎn)導過程中, 細胞內(nèi)Ca2+的濃度變化總是伴隨著細胞內(nèi)NO濃度的變化,并且和高等植物中類似, NO信號位于Ca2+信號的上游[29]。

環(huán)境脅迫的刺激下能導致細胞內(nèi)NO和ROS的產(chǎn)生, 在多種生理過程中, NO和ROS作為信號分子表現(xiàn)出類似的生物學效應, 暗示它們可能存在著復雜的相互關系[42]。NO和ROS作為信號分子觸發(fā)浮游植物的死亡已經(jīng)被證實, 對硅藻S. costatum的研究表明, NO可以作為二級信使, 調(diào)節(jié)死亡特異性蛋白ScDSP-1的表達[43], 鹽藻Dunaliella viridis在受到環(huán)境脅迫時, 細胞死亡早期ROS可能起著開關的作用[44]。在高等植物細胞中, Delledonne等[15,45]的兩篇經(jīng)典文獻揭示了NO和ROS的相互作用關系, 證實NO和ROS之間的相互作用決定高等植物細胞PCD的發(fā)生, NO和ROS本身不能引起大豆細胞發(fā)生PCD, NO和H2O2的比例決定PCD的發(fā)生, 但是為什么只有NO和H2O2才能引起PCD, 以及高等植物中這種NO和ROS的相互作用關系決定PCD的發(fā)生在浮游植物中是否適用還鮮有研究, 是值得重點關注的方向之一。

6 展望

NO在有機體內(nèi)復雜的反應和生理功能都值得研究, NO在浮游植物(低等植物)中的作用極有可能與在高等植物中類似, NO參與植物的許多生理過程已經(jīng)被實驗證實, 但是同NO在高等植物和動物中的研究相比, NO在浮游植物中的研究還處于初級階段。

總結NO在高等植物、動物和浮游植物中現(xiàn)有的研究進展, NO的功能還未有定論, 還有許多工作需要展開: (1)NO在浮游植物中便捷、準確、定量的監(jiān)測技術, 目前主要通過熒光探針和電極的方法測定浮游植物細胞內(nèi)產(chǎn)生的NO, 前者的結果檢測NO的產(chǎn)生部位, 但是NO的濃度只能用相對熒光值表示, 電極法能直接定量測定浮游植物培養(yǎng)液中NO的絕對濃度, 但是對于單細胞的藻類不能測定細胞內(nèi)產(chǎn)生的NO, 隨著現(xiàn)代科學技術的發(fā)展, 一些定量、便捷測定浮游植物細胞內(nèi)外NO絕對濃度的方法亟待開發(fā), 這必將大大促進NO在浮游植物中的研究; (2)NO在浮游植物中產(chǎn)生途徑有NR/NiR和NOS途徑已經(jīng)被確定, 但是由哪些因素造成這種差異還有待研究; (3)關于NO在浮游植物中的功能大都是通過NO供體、清除劑來驗證, 但是細胞內(nèi)的生理功能和化學藥物處理還是存在差異, 因此實驗方法和技術還有待改進; (4)NO引起的程序性死亡在浮游植物群演替及進化中起著重要作用, 其可能為控制藻類水華的發(fā)生提供新的思路, 而NO作為信號分子通過細胞內(nèi)級聯(lián)反應過程, 如何引起的細胞死亡值得思考, 這種死亡信號分子無疑為解決淡水和海洋藻類環(huán)境污染提供新的理論和技術指導。

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PROGRESS OF PHYSIOLOGICAL EFFECT OF NITRIC OXIDE ON PHYTOPLANKTON

CHENGLong1,2,ZHANGYong-Yuan1,HEYan1,2,LIUBi-Yun1,TIANYun1,2andWUZhen-Bin1

(1.State Key Laboratory of Freshwater Ecology and Biotechnology,Institute of Hydrobiology,Chinese Academy of Sciences,Wuhan 430072,China;2.University of Chinese Academy of Sciences,Beijing100049,China)

Nitricoxide(NO)isfreeradicalgaswithbiologicalactivityinsignaltransmission.NOmediatedvariousresponsestobioticorabioticstressandplayedanimportantroleinphytoplanktongrowthandstress-resistance,whichare similartohigheranimalsandplants.Additionally,NOandreactiveoxygenspecies(ROS)functionasasignaltoinitiateprogrammedcelldeath(PCD)inphytoplankton.ThereviewsummarizedtheNOpathway,themethodsmeasuring NOanditsapplication,theadvantagesanddisadvantagesofdifferentmeasurements,thephysiologicalfunctionofNO, therelationshipbetweenNOandPCD,andthefunctionofNOasasignalmoleculeinphytoplankton.Finally,some ideasconcerningnitricoxideresearchinorganismswereputforward.

Nitricoxide;Phytoplankton;Programmedcelldeath;Signalmolecule

Q178.1

A

1000-3207(2017)01-0257-08

10.7541/2017.32

2016-01-12;

2016-05-18

國家自然科學基金(51178452); 國家“十二五”水專項(2012ZX07101007-005); 國家“十二五”科技支撐項目(2012BAJ21B03-04);湖北省環(huán)保廳科研項目(2015HB08)資助 [Supported by the National Natural Science Foundation of China (51178452); the Major

Science and Technology Program for Water Pollution Control and Treatment of China 12th Five-Year Plan (2012ZX07101007-005); National Key Technology R&D Program of China 12th Five-Year Plan (2012BAJ21B03-04); Environmental Science Research Project of Hubei Province (2015HB08)]

程龍(1992—), 男, 湖北孝感人; 碩士研究生; 主要從事藻類生理生態(tài)研究。E-mail: edgarmail@qq.com

劉碧云, 副研究員; 主要從事植物化感及水生態(tài)修復研究。E-mail: liuby@ihb.ac.cn