潮间带大型海藻对UV-B辐射的生理响应及其种间竞争机制的研究
本文选择青岛海滨常见的4种潮间带大型海藻(孔石莼-绿藻；蜈蚣藻，珊瑚-红藻；鼠尾藻-褐藻)，研究其对UV-B胁迫的响应变化规律，从活性氧的角度阐明UV-B辐射的作用机制，同时通过对不同藻类SOD、POD、CAT及APX同工酶谱带在UV-B辐射时的强度变化以及数量的增减变化规律的研究，剖析UV-B辐射与不同种类海藻、不同同工酶的表达相关性问题。另外，选择大型海藻孔石莼及蜈蚣藻，以生物量为主要测定指标，采用单独培养和共同培养的方法，对附加不同剂量UV-B处理时2种藻类种群生长关系及克生效应及营养竞争关系做初步探索；同时研究采用不同初始接种比例时对共培养的2种藻类之间的种群生长关系的影响，以及在施加特定剂量UV-B辐射时这种关系的变化特点及趋势。
实验的主要研究结果如下：
1、四种潮间带大型海藻抗氧化体系活性对UV-B辐射的响应
孔石莼在UV-B辐射诱导下SOD、CAT酶活性应激反应迅速，初始阶段活性均呈大幅度上升，随后有不同程度下降；POX酶活性在低剂量UV-B处理下初期短暂上升，而中、高剂量下活性降低显著。APX活性始终保持较稳定水平。GR、GPX酶应激表达启动稍晚，酶活高峰在处理中期6d时出现，轻度或中度剂量下酶活性较高。抗氧化剂AsA及GSH含量前中期与对照相近，后期水平下降，中度及高剂量UV-B处理下降低较多；UV-B处理下孔石莼体内的H2O2及TBARS含量并未快速积累，轻剂量下H2O2含量始终与对照值差异不明显，TBARS含量至12d时方显著高于对照；中度及重度胁迫下的H2O2及TBARS水平直至处理中后期6-12d时比对照显著增加。
蜈蚣藻中SOD、CAT、APX、GPX、GR酶活性在不同剂量UV-B辐射处理下表现不同，轻度及中度剂量下处理下前期酶活性均比对照有不同程度的增加，后期下降；而重度UV-B胁迫下酶活性除GR外(上升)在初、中期与对照无明显差异，但后期时均明显降低。POX酶活性在UV-B诱导下反应迅速且变化剧烈，三种不同剂量下酶活性均显著增加。AsA含量在UV-B诱导下前期增加迅速(高剂量处理除外)，后期表现下降的趋势。GSH含量在轻度、中度剂量处理下前期维持较高水平，末期降至对照水平，高剂量胁迫下初期有短暂增加。蜈蚣藻的H2O2及TBARS含量在高剂量UV-B辐照处理下增加显著，中后期中度剂量UV-B处理下二者含量亦有效累积，低剂量下TBARS含量至9-12d时显著增加。
珊瑚藻SOD及POX酶能够在低剂量UV-B处理下维持较高水平，而中、高剂量下酶活性与对照相近。CAT酶活性在轻、中度剂量处理前中期比对照有不同程度增加，后期呈下降趋势，高剂量处理下中后期降低更加明显。APX活性在低、中剂量下与对照相近，高剂量处理下活性增加显著。GR与GPX活性变化规律部分类似，除GR初期短暂上升外，二者在低剂量处理下与对照值无明显差异，中、高剂量处理下酶活初期较稳定，后期均呈下降趋势。AsA含量整体趋势表现较为稳定。GSH水平在轻度剂量处理下呈缓慢上升趋势，中度剂量下振荡变化，而高剂量UV-B辐射下则下降明显。珊瑚藻H2O2及TBARS含量在轻度剂量下无明显累积，而中度剂量处理下逐步增加，高剂量处理下在处理中期时即显著高于对照。
鼠尾藻中SOD及其CAT酶活性与UV-B辐射的剂量和时间关系密切，轻度及中度剂量下前中期酶活性比对照有不同程度增加，后期呈下降趋势，高剂量处理下中后期显著降低；GR及GPX活性相对稳定，对UV-B辐射应激反应迟滞，仅在处理末期时中度或者高剂量下呈下降趋势。而POX活性在整个试验期间未出现显著变化。各处理和对照中均未测出有效的APX活性。抗氧化剂AsA含量在低、中剂量UV-B辐射时呈增加趋势，GSH初期在低中剂量下有小幅升高，末期高剂量下降低。UV-B照射处理下鼠尾藻H2O2及TBARS表现较快的累积速度，中、高剂量UV-B辐照处理下的含量增加尤为显著。
综合来看，不同种类的大型海藻AsA和GSH含量以及抗氧化酶SOD、POX、CAT、APX、GR及GPX的基础表达(含量)活性及响应于UV-B辐射后变化幅度不同，体现较为明显的种间差异性特征。绿藻孔石莼在UV-B辐射胁迫下抗氧化体系的整体活性较高，红藻蜈蚣藻及珊瑚藻居中，而褐藻鼠尾藻的抗氧化酶系统活性偏低，对UV-B辐射的应激反应敏感性最低。
2、UV-B辐射对四种大型海藻几种同工酶的影响
不同种类的大型海藻SOD、POX、CAT及APX同工酶谱表达性质及强度不同，体现出种间差异性特征。在施加UV-B辐射处理后，SOD、POD、CAT和APX同工酶谱均存在不同程度差异，主要表现为条带多少和活性强弱变化的不同，说明UV-B辐射处理能够引起这4种藻同工酶谱的变化，不同剂量的Uv-B处理效果不同，且同工酶的检测结果与相应酶总活性的变化趋势基本一致。依据同工酶谱带的基础表达活性强弱及在UV-B辐射下变化情况综合考量，相比较而言，孔石莼中的SOD及CAT同工酶变化明显，蜈蚣藻中SOD、POX及CAT同工酶表达较为活跃；珊瑚藻SOD、POX、CAT及APX同工酶均具有较高活性水平；鼠尾藻中APX同工酶未能检测到任何谱带，而SOD及CAT同工酶表达对UV-B胁迫较为敏感。
3、孔石莼及蜈蚣藻种间竞争作用对UV-B辐射增强的响应
孔石莼和蜈蚣藻二者的种间竞争同时包含营养竞争和相生相克2种机制，试验中营养充足及营养限制的共养处理下孔石莼特定生长率是蜈蚣藻相应值的2.54和2.47倍，蜈蚣藻在竞争关系中处于劣势。UV-B辐射对单独培养的孔石莼和蜈蚣藻的生长均有抑制作用，且随着UV-B胁迫时间延长及辐射剂量的增加，抑制作用愈加显著。共同培养条件下，低剂量、中剂量的UV-B辐射时孔石莼虽占据竞争优势，但其种群竞争能力有弱化趋势，二者的种间竞争趋向均衡；高剂量UV-B辐射对蜈蚣藻生长的抑制作用更明显，从而导致孔石莼在高剂量辐射处理中的优势地位更趋于明显。因此UV-B辐射增强可改变共培养体系中孔石莼和蜈蚣藻种间竞争的关系，且对应于不同UV-B辐射剂量其表现不同。长期UV-B辐射可能会影响孔石莼和蜈蚣藻产生克生物质的代谢过程。
4、UV-B辐射对不同起始重量孔石莼和蜈蚣藻种间竞争作用的影响
单养状态下不同起始重量的孔石莼和蜈蚣藻的生长均受到特定剂量UV-B辐射(9.6kJm-2d-1)的抑制作用，特定生长率SGR明显降低。共培养状态下，孔石莼(U)和蜈蚣藻(G)之间的种间竞争关系与起始重量密切相关，在起始重量比例为U：G=1.2：1及1：1时，孔石莼占据竞争优势，而起始重量比例U：G=1：1.2时，蜈蚣藻在共培养初期生长占优势，而后期孔石莼生长速率较快，超越蜈蚣藻成为优势种，而起始重量比例U：G=1：1.4时，较高接种重量为蜈蚣藻提供竞争优势。存在UV-B辐射时，共养体系中二者的种间竞争平衡向着有利于孔石莼的方向发展，蜈蚣藻的竞争能力呈进一步弱化趋势。
海洋生态系统;大型海藻;UV-B辐射;种间竞争作用;同工酶;抗氧化系统
中国海洋大学
博士
生态学
唐学玺
2009
中文
Q178.53;Q145.13
105
2009-10-19（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）